关于机器人系统在汽车涂装领域的应用

梁庆坡

摘 要：喷涂机器人在汽车涂装中采用硬件设备为基础，软件系统集成，达到按控制数据喷涂的目的。汽车车体多样性、生产的持续性和涂装车间工艺的复杂性都会对喷涂机器人系统的全面、高效、稳定功能提出较高的要求。

关键词：机器人；喷涂系统；涂装车间；涂装生产线

中图分类号：TP242 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.043

随着我国工业化和自动化的不断发展，机器人以其高效率、高精度在工业生产中越来越受到青睐。特别是近几年我国的汽车产业自动化程度不断提高，使用机器人进行汽车喷涂不仅节省了很多人力资源，也实现了品质的提升。

1 喷涂机器人在汽车领域的现状

1.1 喷涂机器人系统的现状

目前，我国的各大汽车企业使用的喷涂机器人基本集中在5家机器人厂商，瑞士ABB、日本安川电机、日本发那科、日本川崎机器人和德国库卡机器人占据我国70%以上的市场份额，几乎垄断了机器人的制造和售后服务，且基本都实现了本土化生产。在国外企业持续对中国市场发力的同时，中国企业还处在“乱干快上”的阶段，仅有的几家中国企业，比如新松、广州数控也主要集中在系统集成的业务范围内。从使用者的角度看，对于国外大企业生产的机器人设备，即使出现问题，也认为是使用者使用不当造成的；而国内的机器人设备出现问题就会被认为是质量较差，进而导致国内厂商在拓展业务时候失去了很多机会。

1.2 喷涂机器人系统的优越性

现代的汽车工业不仅在规格和式样上不断更新，对工厂的生产能力也不断提出了更高的要求，且品质要求日益提高，传统的人工喷涂已经很难适应这些高要求了。机器人内表面的自动喷涂系统的高效性、稳定性、灵活性正好解决了这一问题。采用机器人喷涂的五大优点为：①良好的喷涂效率能使车体的上漆率达到85%以上，减少了不必要的浪费；②很大程度上减少了工作环境对人体的伤害和对环境的污染；③生产速度提高了5倍，降低了生产成本，提高了企业的利润率；④车体表面喷涂均匀，膜厚可控性强，易调整；⑤机器人软件三维模拟系统和模块化集成使企业管理更加轻松、快捷。

2 喷涂机器人在汽车领域的应用

2.1 喷涂机器人的模式和应用范围

从20世纪90年代开始，喷涂机器人经历了3种模式的更替：①动/静模式。车体进入涂装生产线，在线体上静止喷涂，机器人可以移动。②流动式喷涂。车体以一定的速度通过喷涂区域，机器人保持不动。③同步模式。车体匀速通过喷涂生产线，机器人跟踪喷涂，可以根据需要改变机器人的姿势和喷枪的角度。

汽车厂商的工艺要求是喷涂机器人的设计基础，因此，机器人需要适应不同的工作环境。通常情况下，我们有4种工作环境，分别为水性漆机器人系统、油性漆机器人系统、涂胶机器人系统、PVC&SGC机器人系统。为了适应内侧涂装的要求，我们可以将雾化喷枪更换成操作夹具，进而成为了开关门机器人。此外，每种机器人的驱动系统是相同的。

2.2 喷涂机器人的使用场所和环境

汽车厂涂装室内的喷涂环境比较恶劣，在设计涂装室时需要考虑机器人所需的环境控制问题，满足以下环境要求：①设备运转时的周围温度保持在0～40 ℃；②湿度为20%～80%，不结露；③无灰尘、粉尘、油烟、水；④不受大的冲击和震动；⑤不接近电气噪声源（TIG焊接装置等）；⑥安装面的平面度在0.5 mm以下。

3 喷涂机器人系统的组成及功能介绍

喷涂机器人实际上是一种通过程序发出指令，控制柜启动关闭相应阀门实现喷涂的机械手臂。一般的机器人系统包括以下4个部分：①机械机构部分。②控制系统部分。主要控制驱动系统的动作时间，包括示教再现、信息存储和I/O模块。③驱动系统部分。液压的、启动的、电气的驱动系统。④喷涂执行部分。

受到汽车厂涂装车间布局的影响，我们必须先确定涂装机器人的分布位置，通过合理的定位固定基础底座，这是机器人物理位置的原点。机器人本体是类似手臂通过6或7个连接轴实现轨迹移动的，每一段连续运动轨迹的集合就是车体喷涂所需要的覆盖面积。PLC程序系统是整个喷涂机器人系统的“大脑”，它通过各种控制实现整个环境的运行逻辑，每一步的动作都是设计的主体，相关联的各个条件都有非常强的逻辑关系。当PLC发出指令后，它会调用管理模块中的各种数据，在已经写定的机器人动作前，数据会传送给机器人，实现我们所需要的数值。通信系统实现了每一个模块与“大脑”的数据交换和反馈。如果出现危险或不完善的动作，通信系统就会反馈给“大脑”，发出报警提示。

涂料管路系统就像我们人体的血管，贯穿在机器人的身体内部，它是涂料运输的载体。通过涂料系统能实现涂料的流通。空气管路系统不仅能将涂料从涂料储存罐内打压到管路中，还能实现机器人在动作时候各种阀门的关闭动作，这样可在涂料时开启阀门，不需要涂料时关闭阀门，从而自由支配所需涂料的时间。旋杯系统是实现汽车喷涂品质的关键，其有很多孔，压缩空气通过这些孔形成我们所需要的形状，从而控制油漆从机器人喷出的范围，再通过量的控制实现品质要求的膜厚。这个装置很关键，由于我们的油漆喷涂在车体上，如果喷漆太薄，则不能起到抗腐蚀和抗轻微撞击的效果；如果油漆太厚，则会影响车体外观，且造成较大的资源浪费。

4 机器人自动喷涂生产线

为了满足汽车喷涂的工艺要求，通常会分出多个喷涂区域，内外水性漆喷涂、清漆喷涂以及涂胶喷涂等。以下通过涂胶系统画面进行了解，具体如图1所示。

涂胶车体识别区域可区分不同型号和规格的车体，并将信号传送给机器人；车体计数系统可通过编码器计算出车体移动的位置，并将信号传送给机器人；机器人启动系统可通过编码器计算出机器人启动的位置，并将信号传送给机器人；机器人喷涂区域的机器人可喷涂车体。

5 结束语

喷涂机器人在我国已经普遍应用于汽车涂装工业，努力研究喷涂机器人前沿技术，追赶国际步伐，中国本土企业任重道远。希望相关部门能给予政策支持，使本土机器人企业能够拓展更多的业务，加速机器人开发的速度。

参考文献

[1]唐德威.涂装技术[M].北京：化学工业出版社，1998.

[2]王强.机器人自动喷涂系统系统研究报告[M].北京：机械工业部，1990.

〔编辑：张思楠〕