自動(dòng)噴涂機(jī)器人

      噴涂機(jī)器人是一種主要用于表面涂覆工作的特殊機(jī)器人,是機(jī)器人技術(shù)和表面噴涂工藝相結(jié)合的產(chǎn)物。噴涂機(jī)器人能滿足環(huán)保、效率和柔性生產(chǎn)的需要,因而在現(xiàn)代化的噴涂線上有望全部替代人工操作。涂層的厚度、均勻度、光澤度和豐滿度等是評(píng)價(jià)涂裝表面質(zhì)量的重要指標(biāo)。而在工業(yè)領(lǐng)域,特別是機(jī)械表面的涂裝,則對(duì)厚度和均勻度提出了更為嚴(yán)格的要求。噴涂機(jī)器人容易滿足安全環(huán)保、高效和高質(zhì)量的噴涂要求,是未來(lái)自動(dòng)化涂裝發(fā)展的必然趨勢(shì)。

      國(guó)外機(jī)器人技術(shù)演變及發(fā)展在國(guó)外,機(jī)器人噴涂已經(jīng)成為一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，有著三十多年的研究和發(fā)展歷史。目前,國(guó)外尤以噴槍的建模分析和軌跡優(yōu)化的研究居多。1986年,Klein首次探討了噴涂機(jī)器人的離線編程技術(shù),建立了噴涂離線編程系統(tǒng),并能進(jìn)行交互式設(shè)計(jì)和噴槍仿真與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡分析。1999年,Balkan等人用實(shí)驗(yàn)方法建立了涂料的分布方程,在此基礎(chǔ)上探討了噴槍模型在平面上的軌跡優(yōu)化方法,并完成了實(shí)驗(yàn)研究。2001年,Arikan等人開(kāi)發(fā)了一種噴涂機(jī)器人離線編程系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了在線控制涂層厚度。2005年,Sheng等人提出了復(fù)雜自由曲面上噴涂機(jī)器人噴槍路徑規(guī)劃方法,通過(guò)建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)來(lái)優(yōu)化噴涂機(jī)器人噴槍路徑模式及行走方向。2009年,Chen等人將基于曲面CAD模型的噴涂機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法與Atkar的方法進(jìn)行比較,討論了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。2010年,Gyorfi等人考慮到噴槍路徑規(guī)劃時(shí)的約束問(wèn)題,用遺傳算法和圖搜索方法實(shí)現(xiàn)了方案優(yōu)化。

國(guó)內(nèi)機(jī)器人發(fā)展及現(xiàn)狀

      國(guó)內(nèi)的噴涂機(jī)器人近年來(lái)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。1991年,北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所完成了我國(guó)第一條自動(dòng)噴涂生產(chǎn)線,還開(kāi)發(fā)了PJ系列電液伺服噴涂和EP系列的電動(dòng)噴涂機(jī)器人。國(guó)內(nèi)的噴涂機(jī)器人研究成果主要集中在兩個(gè)方面:

(1)噴涂機(jī)器人的構(gòu)型、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。

(2)噴涂機(jī)器人的軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)仿真等問(wèn)題。彭商賢等人對(duì)噴涂機(jī)器人的手臂靜動(dòng)特性進(jìn)行了研究。王戰(zhàn)中等人對(duì)非球形手腕6R串聯(lián)噴涂機(jī)器人采用矩陣方程和方向余弦進(jìn)行了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。杜亮等人對(duì)噴涂機(jī)器人的各關(guān)節(jié)和噴槍之間的關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算,并對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。國(guó)內(nèi)的其他學(xué)者還對(duì)涂層的厚度、均勻性等進(jìn)行了研究。

      現(xiàn)階段,我國(guó)大部分工業(yè)制造業(yè)的噴涂還依靠傳統(tǒng)的手工方式進(jìn)行。為滿足精度和美觀控制,往往需要進(jìn)行額外的打磨和補(bǔ)噴。導(dǎo)致人工噴涂的勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低,并且對(duì)工人的身體造成較大的傷害。制造業(yè)中的工業(yè)設(shè)備,普遍具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣、可靠性要求高、成本低及重量輕等特點(diǎn)。而大小不一復(fù)雜的設(shè)備制造中通常研制周期長(zhǎng),加之更新?lián)Q代快,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，要在激烈的市場(chǎng)中占有一定份額，就必須跨入智能噴涂這道坎。因此,在工業(yè)、制造業(yè)領(lǐng)域?qū)χ悄車娡繖C(jī)器人的需求比較迫切。

目前機(jī)器人在企業(yè)中的應(yīng)用及問(wèn)題

目前噴涂行業(yè)留有三種噴涂技術(shù)：

       第一種是純工人；對(duì)普遍簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的機(jī)械完成速度快，但對(duì)工人技術(shù)水平要求較高，易發(fā)職業(yè)病、惰性較強(qiáng)、質(zhì)量根據(jù)工人的技術(shù)高低來(lái)決定。

      第二種是往復(fù)機(jī)： 對(duì)簡(jiǎn)單維度與結(jié)構(gòu)的物品噴涂速度快，對(duì)一些細(xì)小復(fù)雜部位需要人工補(bǔ)裝、且只適合平板工件。第三種是智能機(jī)器人，它解決了復(fù)雜工件，雖在一定程度上實(shí)現(xiàn)了離線編程，但編程速度較慢，運(yùn)動(dòng)軌跡柔性且慢、需要技術(shù)人才編程、示教，以及后期保養(yǎng)苛刻。

      現(xiàn)有的噴涂機(jī)器人涂層厚度均勻性與噴涂時(shí)間相互制約的問(wèn)題，適用的工件不宜過(guò)大，形狀也不宜太復(fù)雜?；趪?guó)內(nèi)外勞動(dòng)者生產(chǎn)水平的差異,直接照搬國(guó)外的生產(chǎn)線普遍存“水土不服”的問(wèn)題。一部分代價(jià)不菲的進(jìn)口噴涂機(jī)器人往往處于閑置狀態(tài),甚至出現(xiàn)不能正常運(yùn)行的情況。還有少數(shù)企業(yè)采用機(jī)器加人工的半自動(dòng)噴涂模式。這往往會(huì)造成噴涂質(zhì)量不高的現(xiàn)象,也會(huì)不可避免地對(duì)工人身體造成傷害。因而開(kāi)發(fā)適合國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需求的高精度噴涂機(jī)器人且符合現(xiàn)階段企業(yè)環(huán)境的智能噴涂機(jī)器人尤為重要。

      智能應(yīng)用的升級(jí)2016底浙江機(jī)器人智能研究院（杭州國(guó)辰機(jī)器人科技有限公司）第一代智能涂裝機(jī)器人研制成功，通過(guò)提取人手噴涂的示教軌跡參數(shù)，完美復(fù)現(xiàn)人手的噴涂動(dòng)作。適用于尺寸形狀復(fù)雜、更換頻繁的噴涂工件，實(shí)現(xiàn)了行業(yè)創(chuàng)新的技術(shù)。解決了行業(yè)現(xiàn)存的以下問(wèn)題：

   1.效率高、易維護(hù)直接通過(guò)人工持槍示教，同時(shí)編程、效果顯示。作業(yè)速度快，可適應(yīng)快速流水線?？刹寮Y(jié)構(gòu)和模塊化的設(shè)計(jì)，快速更換元器。部件維護(hù)可接近性好，便于維護(hù)保養(yǎng)。

   2. 提高噴涂質(zhì)量和材料使用率1:1高精度涂裝軌跡復(fù)現(xiàn)，提高膜厚均勻性，消除人手噴涂色差。針對(duì)性噴涂作業(yè)，避免多槍、大面積噴涂的粉料浪費(fèi)。

   3. 設(shè)備利用率高。往復(fù)式自動(dòng)噴涂機(jī)利用率一般僅為40%～60%，

智能涂裝機(jī)器人的利用率可達(dá)90%-95%；智能涂裝機(jī)器人、往復(fù)式自動(dòng)噴涂機(jī)和傳統(tǒng)六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人的特性比較請(qǐng)見(jiàn)下表。