原创浅析喷涂机器人及其发展潜力

 2015-9-7 14:54  937 16 16 分类: 机器人/ AI

人类的演变长河中，凡是对工作强度大，对人体健康有损害的工种最终都会被高科技设备所替代。喷涂，正是这样一个由机器人替代人工的例子。1969年，挪威一家公司最先尝试开发，经过数十年的进步，目前技术已经相当成熟，并且在汽车、手机、五金卫浴等行业应用广泛。

喷涂机器人的利好

喷涂作业生产效率高，适用于手工作业及工业自动化生产，应用范围广主要有五金、塑胶、家私、军工、船舶等领域，是现今应用最普遍的一种涂装方式；喷涂作业需要环境要求有百万级到百级的无尘车间，喷涂设备有喷qiang，喷漆室，供漆室，固化炉/烘干炉，喷涂工件输送作业设备，消雾及废水，废气处理设备等。

喷涂中的主要问题是高度分散的漆雾和挥发出来的溶剂，既污染环境，不利于人体健康，又浪费涂料，造成经济损失。因此，喷涂机器人应运而生。

喷涂机器人又叫喷漆机器人（spray painting robot），是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。喷涂机器人具备四大优点，其一是柔性大。工作范围大大；其二是提高喷涂质量和材料使用率；其三是易于操作和维护，可离线编程，大大的缩短现场调试时间；其四是设备利用率高，利用率可达90%-95%。

喷涂机器人的大量运用极大地解放了在危险环境下工作的劳动力，也极大提高了汽车制造企业的生产效率，并带来稳定的喷涂质量，降低成品返修率，同时提高了油漆利用率，减少废油漆、废溶剂的排放，有助于构建环保的绿色工厂。

喷涂机器人构成

喷涂机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成。较先进的喷涂机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。

目前国际市场上供应的喷涂机器人大致可分为以下几类：按是否具有沿着车身输送链运行方向水平移动的功能，分为带轨道式和固定安装式机器人；按安装位置的不同，分为落地式和悬臂式机器人。落地式机器人具有易于维护清洁的优点。带轨道式机器人则具有工作范围相对较大的优点。而悬臂式机器人则可减少喷房宽度尺寸，达到减少能耗的作用。

喷涂机器人一般由8大部分组成，机器人主体（即机座、臂部、腕部和终端执行机构，是一个带有旋转连接和AC伺服电机的6轴或7轴联动的一系列的机械连接，使用轮系和RV型减速器）、机器人控制器（按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，控制单台机器人设备运动轨迹的装置）、系统操作控制台（主要功能是集成整个喷房硬件，实现系统自动化功能，包含系统所有与管理喷涂机器人活动相关的硬件及整合到每个喷房的相关硬件）、工艺控制柜（在电信号与潜在的挥发性油漆和溶剂间的相对安全接口，将电信号转换为气动信号）、车型检测系统（根据不同的生产现场及所生产的车型间的差异程度，通过PLC程序来设置不同的位置为检测位置，并调整好光电开关的安装位置）、设置一个安全的、隔离的生产区域（通常可分别在机器人自动喷涂区域的入口和出口处分别安装一对安全光栅，防止发生人身伤亡及损坏设备的事故）、车身直线跟踪系统（运用于整车自动喷涂线的机器人，为了提高生产节拍，在喷涂作业过程中车身一直跟随输送链按照设定速度前进，而不会脱离输送链固定在某处供机器人喷涂作业）、电源分配柜（分电配源）。

喷涂机器人本体对比

从本体厂商角度讲，目前喷涂机器人市场使用较为广泛的仍然是国外企业，欧美和日系企业把握着绝对的市场话语权，主要包括瑞士ABB、史陶比尔、德国库卡、日本发那科、安川、川崎、意大利柯马等企业。

各家企业的喷涂技术各有所长，但综合系统集成商及客户体验角度，无论是价格还是系统设计及性能，他们之间也存在着一定的差别（见下表）。

喷涂市场的可期性发展

不同的涂装机器人由于各关节自由度及臂长等参数的限制，对能触及喷涂的有效尺寸有所差异。在汽车涂装工艺中，喷涂机器人的应用越来越广泛，其显着的优点是可以同时在同一生产线上混线生产多种车型，提升了涂装的自动化程度及生产效率。市面上的涂装机器人质量好坏不一，选择高质量的涂装机器人能够更好的开展涂装工作。

对于汽车制造商而言，高精的机器人技术并非他们所需要，反而给制造工厂日后的生产运行带来极大困扰。比如维修人员的培养、工艺更新的支持以及备品备件的库存等。因此，简洁而不简单，易于学习掌握，稳定有效，运行维护成本相对较低的设备，才是用户所需。另外，车身喷涂的质量很大程度上取决于油漆特性，因此，如何根据不同的油漆特性和车身形状合理地设计喷涂轨迹，达到更好的喷涂质量，也是一门很值得深究的课题。