自動噴涂機器人

      噴涂機器人是一種主要用于表面涂覆工作的特殊機器人,是機器人技術和表面噴涂工藝相結合的產物。噴涂機器人能滿足環保、效率和柔性生產的需要,因而在現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價涂裝表面質量的重要指標。而在工業領域,特別是機械表面的涂裝,則對厚度和均勻度提出了更為嚴格的要求。噴涂機器人容易滿足安全環保、高效和高質量的噴涂要求,是未來自動化涂裝發展的必然趨勢。

      國外機器人技術演變及發展在國外,機器人噴涂已經成為一項比較成熟的技術，有著三十多年的研究和發展歷史。目前,國外尤以噴槍的建模分析和軌跡優化的研究居多。1986年,Klein首次探討了噴涂機器人的離線編程技術,建立了噴涂離線編程系統,并能進行交互式設計和噴槍仿真與機器人的運動軌跡分析。1999年,Balkan等人用實驗方法建立了涂料的分布方程,在此基礎上探討了噴槍模型在平面上的軌跡優化方法,并完成了實驗研究。2001年,Arikan等人開發了一種噴涂機器人離線編程系統,實現了在線控制涂層厚度。2005年,Sheng等人提出了復雜自由曲面上噴涂機器人噴槍路徑規劃方法,通過建立優化目標函數來優化噴涂機器人噴槍路徑模式及行走方向。2009年,Chen等人將基于曲面CAD模型的噴涂機器人軌跡規劃方法與Atkar的方法進行比較,討論了兩種方法的優缺點。2010年,Gyorfi等人考慮到噴槍路徑規劃時的約束問題,用遺傳算法和圖搜索方法實現了方案優化。

國內機器人發展及現狀

      國內的噴涂機器人近年來也有了長足的發展。1991年,北京機械工業自動化研究所完成了我國第一條自動噴涂生產線,還開發了PJ系列電液伺服噴涂和EP系列的電動噴涂機器人。國內的噴涂機器人研究成果主要集中在兩個方面:

(1)噴涂機器人的構型、運動學和動力學分析。

(2)噴涂機器人的軌跡規劃和運動仿真等問題。彭商賢等人對噴涂機器人的手臂靜動特性進行了研究。王戰中等人對非球形手腕6R串聯噴涂機器人采用矩陣方程和方向余弦進行了逆運動學分析。杜亮等人對噴涂機器人的各關節和噴槍之間的關系進行了計算,并對機器人的結構進行了分析。國內的其他學者還對涂層的厚度、均勻性等進行了研究。

      現階段,我國大部分工業制造業的噴涂還依靠傳統的手工方式進行。為滿足精度和美觀控制,往往需要進行額外的打磨和補噴。導致人工噴涂的勞動強度大、作業效率低,并且對工人的身體造成較大的傷害。制造業中的工業設備,普遍具有結構復雜、工作環境惡劣、可靠性要求高、成本低及重量輕等特點。而大小不一復雜的設備制造中通常研制周期長,加之更新換代快,市場競爭激烈，要在激烈的市場中占有一定份額，就必須跨入智能噴涂這道坎。因此,在工業、制造業領域對智能噴涂機器人的需求比較迫切。

目前機器人在企業中的應用及問題

目前噴涂行業留有三種噴涂技術：

       第一種是純工人；對普遍簡單結構的機械完成速度快，但對工人技術水平要求較高，易發職業病、惰性較強、質量根據工人的技術高低來決定。

      第二種是往復機： 對簡單維度與結構的物品噴涂速度快，對一些細小復雜部位需要人工補裝、且只適合平板工件。第三種是智能機器人，它解決了復雜工件，雖在一定程度上實現了離線編程，但編程速度較慢，運動軌跡柔性且慢、需要技術人才編程、示教，以及后期保養苛刻。

      現有的噴涂機器人涂層厚度均勻性與噴涂時間相互制約的問題，適用的工件不宜過大，形狀也不宜太復雜。基于國內外勞動者生產水平的差異,直接照搬國外的生產線普遍存“水土不服”的問題。一部分代價不菲的進口噴涂機器人往往處于閑置狀態,甚至出現不能正常運行的情況。還有少數企業采用機器加人工的半自動噴涂模式。這往往會造成噴涂質量不高的現象,也會不可避免地對工人身體造成傷害。因而開發適合國內生產需求的高精度噴涂機器人且符合現階段企業環境的智能噴涂機器人尤為重要。

      智能應用的升級2016底浙江機器人智能研究院（杭州國辰機器人科技有限公司）第一代智能涂裝機器人研制成功，通過提取人手噴涂的示教軌跡參數，完美復現人手的噴涂動作。適用于尺寸形狀復雜、更換頻繁的噴涂工件，實現了行業創新的技術。解決了行業現存的以下問題：

   1.效率高、易維護直接通過人工持槍示教，同時編程、效果顯示。作業速度快，可適應快速流水線。可插件結構和模塊化的設計，快速更換元器。部件維護可接近性好，便于維護保養。

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

   3. 設備利用率高。往復式自動噴涂機利用率一般僅為40%～60%，

智能涂裝機器人的利用率可達90%-95%；智能涂裝機器人、往復式自動噴涂機和傳統六軸關節機器人的特性比較請見下表。