噴涂機(jī)器人簡(jiǎn)介

　　噴涂機(jī)器人又叫噴漆機(jī)器人（spray painting robot）， 是可進(jìn)行自動(dòng)噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機(jī)器人，1969年由挪威Trallfa公司（后并入ABB集團(tuán)）發(fā)明。噴漆機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成，液壓驅(qū)動(dòng)的噴漆機(jī)器人還包括液壓油源，如油泵、油箱和電機(jī)等。多采用5或6自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動(dòng)空間，并可做復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)，其腕部一般有2～3個(gè)自由度，可靈活運(yùn)動(dòng)。較先進(jìn)的噴漆機(jī)器人腕部采用柔性手腕，既可向各個(gè)方向彎曲，又可轉(zhuǎn)動(dòng)，其動(dòng)作類似人的手腕，能方便地通過較小的孔伸入工件內(nèi)部，噴涂其內(nèi)表面。噴漆機(jī)器人一般采用液壓驅(qū)動(dòng)，具有動(dòng)作速度快、防爆性能好等特點(diǎn)，可通過手把手示教或點(diǎn)位示數(shù)來實(shí)現(xiàn)示教。噴漆機(jī)器人廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產(chǎn)部門。

　　噴涂機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)

　　（1）柔性大。工作范圍大大。

　　（2）提高噴涂質(zhì)量和材料使用率。

　　（3）易于操作和維護(hù)。可離線編程，大大的縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間。

　　（4）設(shè)備利用率高。噴涂機(jī)器人的利用率可達(dá)90%-95%。

　　機(jī)器人自動(dòng)噴涂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　1、自動(dòng)噴涂機(jī)器人針對(duì)空氣噴槍、靜電旋杯噴涂，可以通過機(jī)器人直接修改油漆吐出量、霧化控制氣壓以及噴幅控制氣壓等噴涂參數(shù)，極大地提高了控制噴涂工藝的效率。

　　2、自動(dòng)噴涂機(jī)器人控制器是從安全、可靠和高效方面出發(fā)設(shè)計(jì)的機(jī)器人控制器。內(nèi)部模塊式的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使得功能升級(jí)以及維護(hù)更方便。針對(duì)噴涂應(yīng)用，內(nèi)部擁有獨(dú)立的空氣凈化控制模塊，其示教盤也是防爆的。

　　3、自動(dòng)噴涂機(jī)器人噴涂控制柜，通過標(biāo)準(zhǔn)的模擬量輸出模塊控制吐出量、噴幅、霧化等噴涂參數(shù)。

　　4 自動(dòng)噴涂機(jī)器人閉環(huán)控制輸供系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整流量，提供穩(wěn)定的液流和最佳的最終質(zhì)量。 集成的微動(dòng)換色閥縮減了換色時(shí)間，減少浪費(fèi)。

　　5、自動(dòng)噴涂機(jī)器人針對(duì)噴涂應(yīng)用而設(shè)計(jì)的軟件，在工作程序中靈活調(diào)用。可預(yù)設(shè)的噴涂參數(shù)有油漆吐出量、霧化控制氣壓以及噴幅控制氣壓等。利用這種功能，不需要實(shí)際運(yùn)行傳送鏈就可以來測(cè)試在線跟蹤程序，從而提高示教的效率。

　　噴涂機(jī)器人的組成及應(yīng)用

　　1、機(jī)器人主體

　　機(jī)器人主體即機(jī)座、臂部、腕部和終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是一個(gè)帶有旋轉(zhuǎn)連接和AC伺服電機(jī)（見圖5）的6軸或7軸聯(lián)動(dòng)的一系列的機(jī)械連接，使用輪系（齒輪傳動(dòng)鏈）和RV（旋轉(zhuǎn)向量）型減速器。大多數(shù)噴涂機(jī)器人有3～6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度（對(duì)于帶軌道式機(jī)器人，一般將機(jī)器人本體在軌道上的水平移動(dòng)設(shè)置為擴(kuò)展軸，稱為第7軸）。其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。

　　驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，即每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)由安裝在機(jī)器人手臂內(nèi)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為靜電噴涂霧化器，不同品牌、不同型號(hào)的機(jī)器人手臂末端的接口不同，根據(jù)生產(chǎn)工藝可選擇不同的霧化器。

　　對(duì)于采用溶劑型油漆噴涂的系統(tǒng)，必須配備廢油漆廢溶劑清洗回收裝置，避免環(huán)境污染，達(dá)到環(huán)保生產(chǎn)的目的

　　2、機(jī)器人控制器

　　每一臺(tái)機(jī)器人設(shè)備都可以獨(dú)立地動(dòng)作，而機(jī)器人控制器（簡(jiǎn)稱“RC”）就是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，控制單臺(tái)機(jī)器人設(shè)備運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置。控制器內(nèi)的主要部件為與機(jī)器人手臂內(nèi)的伺服電機(jī)連接的伺服放大器及CPU模塊（見圖6），不同型號(hào)的機(jī)器人配備不同內(nèi)存的CPU，CPU內(nèi)存儲(chǔ)有用戶自定義數(shù)據(jù)及程序。CPU將程序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成伺服驅(qū)動(dòng)信號(hào)給伺服放大器，伺服放大器啟動(dòng)伺服電機(jī)來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。通常CPU模塊還具備通過與不同類型的I/O模塊連接實(shí)現(xiàn)與其他外部設(shè)備或機(jī)器人通信的作用。例如，與PLC的連接，這樣就可以通過操作控制臺(tái)來控制機(jī)器人的動(dòng)作。一般一臺(tái)控制器獨(dú)立控制一臺(tái)機(jī)器人，隨著技術(shù)的發(fā)展和低成本化的進(jìn)程，目前已出現(xiàn)一臺(tái)控制器同時(shí)控制兩臺(tái)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的設(shè)備。

　　機(jī)器人示教器通過單根電纜與機(jī)器人控制器內(nèi)的CPU連接，不同品牌機(jī)器人的示教器內(nèi)安裝了不同的應(yīng)用軟件，功能也有所差異。通過示教器操作面板上的按鍵來操作軟件界面上的菜單。可以實(shí)現(xiàn)的主要功能為：直接編程、顯示用戶程序、操作機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、預(yù)定義機(jī)器人位置、優(yōu)化用戶自定義程序和編輯系統(tǒng)變量等。

　　3、系統(tǒng)操作控制臺(tái)

　　系統(tǒng)操作控制臺(tái)（簡(jiǎn)稱“SCC”）的主要功能是集成整個(gè)噴房硬件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化功能，包含系統(tǒng)所有與管理噴涂機(jī)器人活動(dòng)相關(guān)的硬件及整合到每個(gè)噴房的相關(guān)硬件。例如，與噴房系統(tǒng)相關(guān)的安全互鎖繼電器、隔離光柵等。柜內(nèi)安裝有一個(gè)可編程邏輯控制器PLC（見圖7），以上硬件通過各種類型的I/O模塊與PLC通信。PLC通過I/O模塊接收噴房單元內(nèi)每一臺(tái)機(jī)器人及系統(tǒng)單元外圍設(shè)備的實(shí)時(shí)信號(hào)，包括與工廠主信息系統(tǒng)、其他機(jī)器人系統(tǒng)單元的數(shù)據(jù)交換，然后根據(jù)預(yù)先編制好的邏輯判斷程序?qū)λ占邮盏降男盘?hào)做出相應(yīng)的處理并發(fā)送結(jié)果變量給各相關(guān)系統(tǒng)。SCC的另一個(gè)主要功能就是能夠提供一個(gè)友好的操作界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，使整個(gè)系統(tǒng)在人的監(jiān)控下按人的意愿有序而穩(wěn)定地連續(xù)工作。一般將人機(jī)圖形交互系統(tǒng)，即一部電腦主機(jī)和顯示器整合到系統(tǒng)操作控制臺(tái)內(nèi)，電腦主機(jī)通過各種上層控制網(wǎng)絡(luò)與PLC連接。不同廠家的人機(jī)圖形交互系統(tǒng)電腦上裝有不同的用戶軟件，該軟件的人機(jī)界面上顯示了整個(gè)區(qū)域內(nèi)機(jī)器人系統(tǒng)的時(shí)實(shí)狀態(tài)和用戶操作菜單，可查尋相關(guān)的生產(chǎn)信息、報(bào)警等。大部分的設(shè)備操作都可通過操作SCC上的按鈕或選擇開關(guān)及人機(jī)交互界面上的菜單完成。

　　4、工藝控制柜

　　應(yīng)用自動(dòng)噴涂機(jī)器人最主要的目的是將不同種類、不同顏色的油漆通過機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)均勻地涂抹在車身表面上，而工藝控制柜（簡(jiǎn)稱“PCE”）就是在電信號(hào)與潛在的揮發(fā)性油漆和溶劑間的相對(duì)安全接口，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)信號(hào)。PCE柜內(nèi)部元器件見圖8，來自PLC的電信號(hào)觸發(fā)PCE柜內(nèi)的電磁閥，打開空氣（或真空）回路，通過一定的氣壓來驅(qū)動(dòng)各個(gè)油漆或溶劑管路接口上的氣動(dòng)閥，將各種不同顏色的油漆或溶劑供給機(jī)器人噴涂作業(yè)或清洗管路等動(dòng)作使用。PCE的主要功能為控制噴涂工藝的各種動(dòng)作，如換色、清洗等。控制各種工藝參數(shù)，如油漆流量、霧化器旋杯轉(zhuǎn)速等。隨著機(jī)器人技術(shù)不斷發(fā)展至今，大部分品牌的噴涂機(jī)器人系統(tǒng)均采用閉環(huán)流控量制系統(tǒng)，通過在靠近終端執(zhí)行器的機(jī)器人手臂上安裝流量計(jì)或計(jì)量泵來達(dá)到精確控制油漆或溶劑實(shí)際輸出流量值和設(shè)定值之間的誤差。不同型號(hào)的機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可能會(huì)設(shè)計(jì)將此PCE的功能部件分別集成到其他系統(tǒng)空間內(nèi)而不是單獨(dú)形成一個(gè)工藝控制柜，這樣可以節(jié)約生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地資源，美化生產(chǎn)環(huán)境。

　　5、車型檢測(cè)系統(tǒng)

　　自動(dòng)噴涂機(jī)器人具有很強(qiáng)的柔性生產(chǎn)能力，可同時(shí)噴涂各種不同形狀的車身。出于保護(hù)系統(tǒng)的原因，在車身進(jìn)入機(jī)器人噴房前對(duì)車身類型進(jìn)行檢測(cè)是非常必要的。一般采取在擦凈功能區(qū)前安裝若干對(duì)光電開關(guān)，并在離最近一對(duì)光電開關(guān)1m左右的輸送鏈基架上安裝一個(gè)接近開關(guān)。根據(jù)不同的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)及所生產(chǎn)的車型間的差異程度，通過PLC程序來設(shè)置不同的位置為檢測(cè)位置，并調(diào)整好光電開關(guān)的安裝位置。當(dāng)即將進(jìn)入噴房的車身到達(dá)檢測(cè)位置時(shí)，不同車型會(huì)觸發(fā)不同組合的電子眼，以此來檢測(cè)來自工廠信息系統(tǒng)的車型信息與車型檢測(cè)系統(tǒng)所檢測(cè)到的車型是否一致，如果不一致，系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生報(bào)警并停止運(yùn)行，需由操作員進(jìn)行人工確認(rèn)車型并在SCC的相應(yīng)界面上輸入正確的車型信息，PLC再將正確的車型信息分別發(fā)送到各個(gè)機(jī)器人控制器內(nèi)的CPU模塊，CPU將車型信息轉(zhuǎn)化為各種指令，機(jī)器人根據(jù)此指令來執(zhí)行不同的程序，達(dá)到根據(jù)不同的車型機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)不同的噴涂軌跡的目的。

　　注意，要將相鄰兩對(duì)電子眼的發(fā)射端和接收端錯(cuò)開安裝，避免產(chǎn)生錯(cuò)誤信息。

　　6、設(shè)置一個(gè)安全的、隔離的生產(chǎn)區(qū)域

　　由于機(jī)器人設(shè)備在正常的生產(chǎn)過程中是連續(xù)運(yùn)行的，因此必須與人工區(qū)域嚴(yán)格隔離，以防止任何人身傷害事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。通常可分別在機(jī)器人自動(dòng)噴涂區(qū)域的入口和出口處分別安裝一對(duì)安全光柵，在生產(chǎn)過程中，若有人誤闖入機(jī)器人自動(dòng)噴涂區(qū)域，在安裝光柵的位置就會(huì)觸發(fā)光柵，系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警并立即停止運(yùn)行，防止發(fā)生人身傷亡及損壞設(shè)備的事故。但是，由于車身也必須通過安裝安全光柵的區(qū)域進(jìn)入自動(dòng)噴涂區(qū)域，在這個(gè)過程中也會(huì)觸發(fā)光柵。為解決這個(gè)相互矛盾的問題，可在安裝安全光柵的位置前的輸送鏈基架邊上安裝一個(gè)屏蔽安全光柵的開關(guān)，當(dāng)運(yùn)送車身的撬體運(yùn)行到開關(guān)處就會(huì)觸發(fā)開關(guān)，給系統(tǒng)PLC一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)用來屏蔽安全光柵。為了確保更嚴(yán)格的區(qū)分是人還是車身進(jìn)入自動(dòng)噴涂區(qū)域，更好的做法是在輸送鏈基架的兩側(cè)各安裝一個(gè)屏蔽開關(guān)，只有兩個(gè)開關(guān)都被觸發(fā)才能起到屏蔽安全光柵的作用。若有人誤闖也不會(huì)同時(shí)觸發(fā)兩端的屏蔽開關(guān)，安全光柵依然處于工作狀態(tài)，當(dāng)人處于安全光柵的位置時(shí)仍會(huì)觸發(fā)安全光柵。

　　7、車身直線跟蹤系統(tǒng)

　　運(yùn)用于整車自動(dòng)噴涂線的機(jī)器人，為了提高生產(chǎn)節(jié)拍，在噴涂作業(yè)過程中車身一直跟隨輸送鏈按照設(shè)定速度前進(jìn)，而不會(huì)脫離輸送鏈固定在某處供機(jī)器人噴涂作業(yè)。因此，每一臺(tái)機(jī)器人都必須知道在工作范圍內(nèi)每一臺(tái)車身的實(shí)時(shí)位置信息。直線跟蹤系統(tǒng)的硬件主要包括：脈沖編碼器、檢測(cè)開關(guān)和編碼器轉(zhuǎn)發(fā)器。根據(jù)用戶的喜好可以選擇不同的檢測(cè)開關(guān)，可以是觸點(diǎn)開關(guān)或光學(xué)開關(guān)，也可以是接近開關(guān)，當(dāng)車身隨著地面輸送鏈運(yùn)動(dòng)到檢測(cè)開關(guān)的位置時(shí)觸發(fā)檢測(cè)開關(guān)，脈沖編碼器開始計(jì)數(shù)，計(jì)算車身的實(shí)時(shí)位置。脈沖編碼器的輸入軸與地面輸送鏈的中心軸機(jī)械地相連，以獲取輸送鏈運(yùn)動(dòng)的同步信息。輸出軸連接到編碼器轉(zhuǎn)發(fā)器上。編碼器轉(zhuǎn)發(fā)器整合到SCC柜內(nèi)，通過編碼器轉(zhuǎn)發(fā)器，可將車身的實(shí)時(shí)位置信息發(fā)送到PLC及各個(gè)機(jī)器人控制器上。

　　8、電源分配柜

　　電源分配柜，顧名思義，就是分電配源。引入工廠總電源，根據(jù)機(jī)器人系統(tǒng)單元及外圍設(shè)備所需的電源值不同，分配給相應(yīng)電壓、電流值的電源。可以選擇標(biāo)準(zhǔn)通用的EDS配電柜，也可根據(jù)用戶需求自行設(shè)計(jì)非標(biāo)配電柜。系統(tǒng)配置見圖9。