周斌斌

（嘉興技師學(xué)院，浙江 嘉興 312000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，世界范圍內(nèi)智能工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展尤為迅猛。目前，我國已成為世界上使用工業(yè)機(jī)器人數(shù)量最多的國家，并且工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)數(shù)量也保持世界第一。在汽車生產(chǎn)線中，工業(yè)機(jī)器人承擔(dān)了較多的自動化生產(chǎn)任務(wù)，從而減少了生產(chǎn)線中的人工站位數(shù)量，例如完成車門噴漆、車身焊接、車窗涂膠等操作。未來，工業(yè)機(jī)器人將取代更多人工站位，實現(xiàn)全面自動化和智能化操作，提高生產(chǎn)效率的同時，可以保持產(chǎn)品的一致性，綜合提高產(chǎn)品質(zhì)量。

噴涂機(jī)器人能夠代替人類從事噴涂工作，減少漆類產(chǎn)品對人體的傷害，同時，能夠有效提高噴涂效率。以汽車門為例的噴涂機(jī)器人軌跡設(shè)計，是提高噴涂效率、減少噴涂軌跡重疊、避免重復(fù)噴漆和不均勻噴漆的有效途徑。本設(shè)計以一種車型的車門噴涂軌跡為例，闡述了軌跡劃分方法和程序編寫思路，為提高噴涂效率提供一定的參考。

1 噴漆工業(yè)機(jī)器人

噴漆機(jī)器人又稱為噴涂機(jī)器人，其功能是在一個6自由度工業(yè)機(jī)器人上安裝一個噴涂工具，通過與噴涂漆料和電磁閥等元件的配合，實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)對某噴涂對象實施噴漆的操作。

在以往的汽車生產(chǎn)線中，噴漆常以人工操作為主，噴漆工人屬于特殊工種，在噴漆工作環(huán)境下必須身著相應(yīng)的服裝并戴防毒面具，即便如此，人類也無法長時間內(nèi)在噴漆環(huán)境下工作，否則會對人體產(chǎn)生致命危害。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可知，長期工作在噴漆環(huán)境下的工人，患癌癥幾率高于常人，并且常伴有頭暈、惡心、乏力等癥狀。因此，從“以人為本”的角度，采用工業(yè)機(jī)器人代替人工操作，有助于保護(hù)人類身體健康不受侵害。

此外，從工藝和噴漆質(zhì)量角度，即便是經(jīng)驗豐富的噴漆工人，其噴漆作業(yè)常出現(xiàn)漆面不均勻、漆料浪費(fèi)較多等缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，人類長期工作會積累疲勞感，對噴涂效率影響較大，不利于產(chǎn)品的一致性操作。因此，從噴涂效率和噴涂質(zhì)量的角度，采用工業(yè)機(jī)器人代替人工操作，有助于保證產(chǎn)品噴涂效果、提升噴涂效率，同時工業(yè)機(jī)器人沒有“疲勞感”，可以在長時間持續(xù)運(yùn)行的過程中保證噴漆的一致性。

2 以汽車門為例噴涂軌跡設(shè)計

2.1 噴涂工具

噴涂機(jī)器人一般采用六軸（六自由度）機(jī)器人，垂直固定于地面，其基坐標(biāo)與大地坐標(biāo)一致。機(jī)器人第六軸固定一個噴槍作為噴涂工具，噴槍功能分為霧化和送料。其中送料是通過電磁閥將漆料從漆料罐內(nèi)運(yùn)送至噴槍口；霧化的作用是將漆料均勻分散噴涂。通過不同的霧化度調(diào)節(jié)和噴涂距離調(diào)節(jié)，實現(xiàn)噴涂質(zhì)量的控制。

2.2 車門軌跡分析

汽車車門有一部分面積為車窗面積，噴涂工序在安裝玻璃之前，噴漆時為避免漆料浪費(fèi)，同時減少噴涂時間，噴涂軌跡必須繞過車窗位置，但還必須保證車窗邊沿受漆均勻。根據(jù)不同車型車門噴漆的工藝不同，每一扇車門噴涂次數(shù)不同，但無論噴涂幾輪，每一輪噴涂的軌跡基本一致。本文就一輪噴涂的軌跡進(jìn)行設(shè)計與實踐。

如圖1所示為汽車前門噴涂軌跡點(diǎn)示意圖。該示意圖中所有軌跡關(guān)鍵點(diǎn)均為噴涂工業(yè)機(jī)器人工具噴槍位置點(diǎn)。噴涂前，工業(yè)機(jī)器人噴涂工具首先移動到Ready點(diǎn)，在移動至Ready點(diǎn)前噴槍關(guān)閉，即不霧化、不送料；到達(dá)Ready點(diǎn)后，機(jī)器人噴槍開始先進(jìn)行霧化操作，霧化一段時間后（該事件也需要根據(jù)實際現(xiàn)場情況調(diào)試而定），噴槍開始送料，待漆料完全霧化散開后，直到運(yùn)行到第一輪結(jié)束點(diǎn)之前，噴槍始終進(jìn)行噴涂操作。

噴槍在Ready點(diǎn)霧化送料穩(wěn)定后，噴槍運(yùn)動到A點(diǎn)，開始噴涂車門。從A至E點(diǎn)，是明顯的弧線，此處在軌跡劃分時，將A-C劃分為1個弧線，將C-E劃分為一個弧線。其中，在A-C弧線中，B為弧線中點(diǎn)；在C-E弧線中，D為弧線中點(diǎn)。當(dāng)噴槍從A經(jīng)B、C、D以弧線軌跡運(yùn)行至E點(diǎn)后，再以直線軌跡運(yùn)行至F，完成車門上沿邊緣的弧線噴漆。隨后，均以直線軌跡進(jìn)行噴涂，在噴涂后視鏡部位時，按照F至G至E再至H點(diǎn)。完成后視鏡區(qū)域噴涂后，從H點(diǎn)噴涂至I點(diǎn)，再向A點(diǎn)噴涂，隨后噴涂至J點(diǎn)，將汽車車門車窗邊緣噴涂完畢。

隨后進(jìn)行車門剩余部分的噴涂作業(yè)。車身剩余部分噴涂的軌跡均以直線軌跡運(yùn)行（忽略車門邊緣弧線軌跡），整體自上而下、左右噴涂。首先從J點(diǎn)向下移動至K點(diǎn)，然后向L點(diǎn)直線運(yùn)行；當(dāng)噴涂達(dá)到L點(diǎn)位置后，噴槍向下移動至M點(diǎn)，隨后直線運(yùn)行至N點(diǎn)，以此類推，直至噴槍從Y點(diǎn)移動至Z點(diǎn)，完成本輪噴漆操作。完成車門噴漆后，噴槍瞬時移動至End點(diǎn)，在該點(diǎn)停止噴槍霧化和送料操作，若噴涂作業(yè)結(jié)束，等待下一扇車門進(jìn)入噴涂區(qū)域；若噴涂全部完成，工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行動作復(fù)位。

若進(jìn)行多輪噴涂，則噴槍再次移動至Ready點(diǎn)，循環(huán)噴涂。在軌跡運(yùn)行時，ABB工業(yè)機(jī)器人程序編寫時共有四種移動方式。本設(shè)計中車門軌跡噴涂中，在工業(yè)機(jī)器人復(fù)位時，運(yùn)用絕對關(guān)節(jié)運(yùn)動指令；在工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行至Ready點(diǎn)和End點(diǎn)時，采用關(guān)節(jié)運(yùn)動指令；在車門上沿弧線噴涂采用弧線運(yùn)動指令；在車門其他部位噴涂時，采用直線運(yùn)動指令[1]。

圖1 汽車前門噴涂軌跡點(diǎn)示意圖

2.3 程序設(shè)計

ABB品牌的工業(yè)機(jī)器人常見的移動指令分為四種[2]，關(guān)節(jié)運(yùn)動指令為MoveJ、直線運(yùn)動指令為MoveL、弧線運(yùn)動指令為MoveC、絕對關(guān)節(jié)運(yùn)動指令為MoveAbsJ。指令格式中，關(guān)節(jié)運(yùn)動和直線運(yùn)動格式相同，以直線運(yùn)動為例：

MoveL P10 V100 Z10 tools；

其中，P10為移動目標(biāo)位置點(diǎn)；V100是運(yùn)行速度，當(dāng)前速度是指工業(yè)機(jī)器人在全速運(yùn)行狀態(tài)下，速度為100 mm/s，噴涂速度要以實際運(yùn)行調(diào)試情況為準(zhǔn)；Z10為運(yùn)動軌跡倒角，當(dāng)距離目標(biāo)點(diǎn)還有10 mm時進(jìn)行弧度轉(zhuǎn)角運(yùn)行至下一目標(biāo)點(diǎn)；當(dāng)Z10改為fine時，無倒角，直接到達(dá)軌跡點(diǎn)；tools是以工具坐標(biāo)作為參考坐標(biāo)系。

弧線運(yùn)動指令格式為：

MoveC P20 P30 V100 fine tools；

其中，P20為弧線中間點(diǎn)，P30為運(yùn)動目標(biāo)點(diǎn)，在運(yùn)行MoveC指令時，從執(zhí)行前一個點(diǎn)首先運(yùn)行至弧線中間點(diǎn)P20，再完成后半段弧線移動至目標(biāo)點(diǎn)P30。指令格式后半部分與MoveL一致。

根據(jù)圖1軌跡點(diǎn)，從點(diǎn)Ready移動至G的軌跡程為：

MoveJ Ready V100 Z10 tools；

Wuhua_Start（）；!開啟霧化

Songliao_Start（）；! 開啟送料

MoveJ Ready V100 fine tools；

MoveL A V100 fine tools；

MoveC B C V100 fine tools；

MoveC D E V100 fine tools；

MoveL F V100 fine tools；

MoveL G V100 fine tools；

3 結(jié)束語

汽車生產(chǎn)線中對車門噴漆的形式多種多樣，根據(jù)不同噴漆工藝和噴涂機(jī)器人，其軌跡運(yùn)行方式和編程方式也不盡相同。今后，噴漆工業(yè)機(jī)器人不僅在汽車零件的噴涂中應(yīng)用更廣，在其他生產(chǎn)行業(yè)中應(yīng)用前景也十分廣闊。