以喷漆机器人构筑“工业天然林”

2023-07-11 02:45:14

　　以油漆机器人构筑“工业天然林”

　　一流制造 ◇ 系列技术讲座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中国机器人金融行业典型研讨会

　　在2015年的两会中，酸雨爆棚了眼球。从民间到官方，从地方到中央，各界对环境治理酸雨达成一致高度一致。然而，环境治理酸雨等酸雨，除了备受关注的燃煤电厂和机动车汽车尾气外，工业油漆也不容忽视。

数据表明，北京地区的工业油漆污染占PM2.5总量的16.3%，仅次于机动车汽车尾气排放量和煤炭熔化排放量。在济南的PM2.5构成中，渗漏转化占20.9%，而渗漏主要是工业油漆。实际上，在长三角、长三角、珠三角经济发达地区，油漆及油漆企业发达，涉及电子产品外壳油漆油漆、家具金融行业、汽车配件油漆、自行车油漆等金融行业，油漆使用量很大，环保压力十分大，处理成本也很高。因此，工业油漆制造集约化对环境治理酸雨有重要意义。

此外，广大制造业的工业油漆当晚中，混合物、油漆中的有机尘粒(VOC)成为当晚组织工作建筑工人的“隐形杀手”。国内脱毛膏油漆占比高达7成，与欧美发达国家存在较大差距。脱毛膏油漆不仅在上游的成膜助剂、颜料混合物，而且在下游涂装金融行业等的制造与加工过程中，都将会产生大量VOC，这些有机汽车尾气利皮扬卡体的身心健康危害性十分严重，能透过呼吸道影响到我们的神经系统，即使引致肺部疾病等。如果这些有机汽车尾气和汽车尾气处理设备处理不当，利皮扬卡体身心健康和酸雨会造成十分可怕的危害性，极大威胁组织工作台建筑工人的身体身心健康。在全国范围内用工荒和劳动法规关于为保护制造组织工作台人员身心健康标准不断提高的双重压力下，有必要在油漆金融行业中构筑一条“工业天然林”，不仅遏制酸雨，更将成为为保护组织工作台建筑工人身心身心健康的一道坚固屏障。

　　如此种种客观条件，促使油漆机器人广泛应用于工业油漆当晚。浙江省内提出的“机器换人”其中明确一条就是工业油漆自动化。大范围用油漆机器人替代人工劳动的优势有：

　　提高工业制造工作效率。油漆机器人具有较高体育运动精度，保证了油漆过程中喷行走平稳，油漆均匀，因此可实现闭环回路控制和高速达马藏县掌控与空气网络流量控制，降低韦尔齐率；

节约油漆材料。油漆机器人组织工作可靠性使得提高油漆质量和材料使用率成为可能，较高的工艺响应速度成功增加了达马藏县和混合物节约。达马藏县流动与机械臂的同步体育运动能有效提升传送工作效率，因此能自由的开关，使油漆达马藏县用量最小化；

　　油漆机器人流水线可构筑为开放式组织工作台内部空间。开放式油漆组织工作台内部空间为我们环境治理汽车尾气带来很大的方便快捷。目前油漆汽车尾气环境治理主要有汽车尾气拆解和汽车尾气毁坏这两种方案，封闭内部空间能增大有价值汽车尾气的浓度从而便于拆解，亦能集中催化熔化从而毁坏汽车尾气，彻底净化避免渗漏；

降低物力成本，为保护建筑工人身心健康。用机器人代替人进行危险、复杂的组织工作符合“以人为本”的社会价值。考虑到工业油漆的高危、有害组织工作环境，增加物力投入即使构筑开站组织工作台线是未来发展趋势。我国由于工业组织工作台培训投入不足，操作建筑工人自身防雷意识不强，企业普遍未能全面考虑安全防雷等组织工作台要求，因此引致建筑工人总体受防雷水平不高，个别职业病案例经新闻媒体放大后即使会引致社会性恶劣影响。随着人们安全为保护意识增强，工业机器人在油漆金融行业的应用将会变得更为广阔。

　　油漆机器人的制造和金融行业应用情况

油漆机器人又名油漆机器人，是可进行自动油漆或油漆其他油漆的工业机器人。1969年由挪威Trallfa公司（后并入ABB集团）发明。油漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的掌控系统组成，油压驱动力的油漆机器人还包括油压油源，如油泵、油箱和电机等。多选用5或6分量关节式结构，肩膀有较大的体育运动内部空间，并可做复杂的轨迹体育运动，其手部一般有2～3个分量，可灵活体育运动。较一流的油漆机器人手部选用柔性小腿，既可向各方向弯曲，又可转动，其姿势类似人的小腿，能方便快捷地透过较小的孔伸入钻孔内部，油漆其内表面。油漆机器人一般选用油压驱动力，具有姿势速度快、防爆操控性好等特点，可透过手把手微创或点位THF1来实现微创。待油漆钻孔则加装在卡盘或油漆台架上，因此透过传送带到达各油漆机柜点，每个机柜单厢有相应油漆机器人负责管理固定位置的油漆。

　　就具体操控性而言，加速度高、荷载能力强、组织工作范围大，节拍可延长等均为高效油漆机器人所应具备的条件。另外从设计角度看，工艺设备的加装位置能更靠近喷，增加油漆节约；油漆设备集成于机器人肩膀，延长换色阀和油漆泵与油漆小腿之间的距离，增加油漆消耗。这都是优秀油漆机器人耀眼的亮点。

当前油漆机器人本体掌控比较通用的是工控机或者PC（个人电脑）加上体育运动inotify的模式，对于油漆系统则有独立的一套掌控结构。工控机负责管理系统的文件管理、系统参数设置、机器人语言的解释、微创检查、系统程序的协调调度、故障诊断、机器人体育运动学正逆解与插补运算等功能。体育运动inotify负责管理机器人的体育运动掌控和二次插补，而由视觉传感或网络流量监测作为传感器反馈，由此形成油漆的闭环掌控。

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　　图油漆机器人系统基本架构

目前国内外制造油漆机器人厂家众多，基本为通用性工业机器人设计基础上加以调整，使之适用于油漆应用场合。国外厂商主要有瑞典的ABB Robotics，日本的FANUC、Yaskawa（安川）、NACHI（不二越）、OTC 、MITSUBISHI（三菱），德国的KUKARoboter，瑞士的St?ubli，美国的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics，意大利COMAU，英国的AutoTech Robotics，以色列的RobogroupTek公司等，这些公司已经成为其所在地区的支柱性企业。国内厂商主要有首钢莫托曼（MOTOMAN）、沈阳新松、安徽埃夫特等。

　　目前国内制造企业油漆机器人装机总量稳步提升，其中中外合资经营企业如大众、广州丰田、长安福特等装机总量稳居前列。据了解，以一汽集团为例，一汽大众成都、佛山工厂已基本完成油漆机器人利皮扬卡工的全面替代；浙江省内制造企业如西子集团等也对油漆机器人抛出“绣球”，计划在电梯桁架油漆中有步骤地增加自动化组织工作台比重。

　　油漆机器人新技术探索

为了更好实现油漆任务，油漆机器人能集成当今前沿技术，一方面提高自身固有参数，夯实“硬功夫”，另一方面扩展应用领域和范围，增强“软实力”。而如何在保证加工质量的前提下增加应用方向，已成为当今油漆机器人研究的热点。

　　1 图像视觉处理

　　透过使用机器视觉图像处理，将提取的图像轮廓经过CAD软件处理后，导入此CAD轮廓数据至离线仿真软件。后经过模拟仿真验证后导出机器人掌控程序，最终完成机器人平面图形油漆功能。该应用可推广至机器人绘图、定制化图案油漆等领域。

另外，图像视觉处理还可检测油漆效果，并实现自动化的优化油漆和色彩控制功能。比如近期欧洲医疗工业中开始出现油漆机器人的身影，典型案例有注射器柱塞中硅涂层的油漆。硅涂层能大大减小医疗注射器柱塞和针筒内壁间的摩擦和磨损，而带有视觉系统的油漆机器人不仅能够保持均匀一致的油漆过程，因此能实时检测涂层厚度，从而给出质量检测结果，而这些恰是人工力有不逮之处。

　　2 油漆流体网络流量掌控

　　一流网络流量掌控策略引入到油漆机器人中会产生意想不到的油漆品质提升，该掌控策略将掌控成膜厚度，自动弥补环境或者设备的物理变化，使指定网络流量始终保持在严格容差范围内，确保表面漆膜厚度均匀并形成指定厚度，从而获得优异的涂装品质并优化达马藏县的耗用。

　　油漆流体网络流量掌控的实现分为两个环节，其中正向排量使用机械齿轮泵掌控液流，而用软件实现闭环掌控，这里由齿轮网络流量计检测流速做反馈掌控。

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　　图油漆网络流量掌控策略原理图

　　3 机器人操作臂的优化设计

　　当今油漆机器人的一个设计特点是具有中空的三轴转动小腿，在小腿中集成了静电油漆和/或旋转雾化器。此外，中空小腿容纳了软管和电缆，从而增加机器人的组织工作范围，同时增加连接件和走线的磨损，并使其免于遭受存在于制造环境中的灰尘或污物的侵害。

除此之外，选用铸铝结构作为操作臂材料有着众多的优势，如提高油漆机器人体育运动灵活度，因此可提供足够内部空间来加装比例传感器和电磁阀，使之和体育运动掌控元器件集成为一体，而避免再设一条通道。将整个电气掌控系统都封装在机器人操作臂的防爆腔中，使得机器人更能接近待加工原件，节约加装内部空间。此设计给新型油漆机器人提供了一个干净流畅的解决方案，减轻了程序计划人员的负担，让他们能完全把注意力集中于机器人的移动，而不必时刻考虑位置局限问题。

　　4 油漆机器人加装设计

　　节约油漆机器人的加装内部空间不仅意味着企业厂房资金投入的节约，更对油漆汽车尾气的集中处理提供了方便快捷，而后者对于构筑“工业天然林”有着极其重要的现实意义，因为这提高了除尘、汽车尾气拆解和汽车尾气毁坏设备的组织工作工作效率，进而降低能耗。

　　对于有较小基座的油漆机器人，能考虑在墙壁上或天花板上进行加装。另外经过优化设计的操作臂满足一定制造柔性时，时还可寻求移动式油漆解决方案，即基座可移动情况下，油漆机器人单独完成多道工序。

5 油漆机器人一站式设计思路

　　在一些具体的油漆组织工作台场合，需要同时有两台机器人协同才能完成油漆组织工作台。如车身油漆中，在车门与门框接合部分往往需要一台机器人先拉开车门，另一台机器人分别油漆车门和门框的接合面。此外如果需要油漆质量检测，还需加机器视觉模块。如果能针对这种复合加工需求，设计一种双臂式通用加工站，将能极大满足市场对此的需求。

美国RETHINK ROBOTICS公司于2012年推出一款名为BAXTER的面向工业制造的仿人机器人，该机器人具有较高的成本效益和极强的自适应能力，另外还具备与人协同组织工作台和人身为保护功能，一面世便广受好评。该机器人双臂能独立完成不同任务，因此末端执行器加有机器视觉模块。加工过程中一旦出现故障或者加工质量问题，均可实时以面部表情形式反映到显示屏中。值的指出的是，该机器人微创过程极为简便，可人为带动各关节体育运动实现微创而无需编程，但是综合精度尚有欠缺。该机器人定价适中，其科研版仅26,000美金左右。

　　倘若引用BAXTER到油漆组织工作台当晚，或借鉴BAXTER设计思路自主设计油漆组织工作台组织工作站，必将填补相关市场和科研的空白。

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图 BAXTER面向工业制造的仿人机器人

　　国内在对油漆机器人的相关研究直到近期才逐渐开始，高操控性的油漆机器人目前还不普及，大多数当晚应用的油漆机器人只能实现简单的、基本的预设姿势，复杂油漆轨迹的协调体育运动还未在大规模工业加工场合中实现。除此之外，推广油漆机器人道路上亦有许多现实问题亟需解决，比如如何合理简化微创过程，帮助操作人员迅速掌握编程技术，目前各制造厂商已经开始研发基于PC的人机交互软件，其设计目的就是要对机器人的路径微创以及涂装程序的开发组织工作进行简化。另外如何在保证加工精度的情况下，降低油漆机器人制造成本也颇为重要，这直接决定了终端企业购买油漆机器人进行自动化改造的意愿。

　　总结和展望

在我国，油漆机器人扮演着相当关键的角色，它对油漆工业来说是不可或缺的。它的存在不仅提高了我国油漆加工制造率，还优化了组织工作台环境，保障了组织工作台建筑工人的身心健康。在不远的将来，随着我国制造水平的提升，对于高级工业制品如汽车、船舶、飞机零部件，日常生活用品如锅具不粘油漆和浴缸水槽搪瓷油漆，以及消费电子的油漆需求将逐年上升。例如在长三角核心城市之一的苏州，仅其下属的一个县级市昆山，就有油漆油漆企业100多家，大小油漆线400多条，每年油漆混合物使用量就高达10000多吨。而中国油漆工业协会的统计数字显示，我国油漆产量从2004年的298万吨，到2013年的1303万吨，10年间增长了4倍多，因此 2012年以前始终保持二位数的增速。从工业角度看，油漆金融行业的需求增长将对“工业生态环境”产生深远影响，而大规模选用的油漆机器人将形成宝贵的“工业天然林”。它极大程度为保护了自然环境免受工业制造的污染，同时透过整合诸多一流技术，促进了社会制造力质的提升。

　　在未来的油漆机器人系统发展中，油漆机器人的深度研发和普及需要广大科研单位和制造企业共同推动，“工业天然林”必将成为中国制造的金字招牌。

　　( 文章来源：互联网 )

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