机器人在拖拉机底盘涂装中的应用

杨大芳， 谢富明， 戈广岭

（第一拖拉机股份有限公司，河南洛阳471001）

1 机器人喷涂系统概述

目前，机器人已广泛应用于汽车涂装生产。采用机器人涂装不仅节省了大量人力和财力，同时提高了产品质量和工作效率。但相对于手工喷漆，机器人系统复杂，只有正确应用和有效配合，并采取必要的安全保护措施，才能使其优势充分发挥，带来更大的效益。

在现代化的汽车涂装生产中，机器人是不可缺少的设备之一。汽车涂装工艺中采用机器人喷涂，具有很多优势，如机器人能做到操作工难以适应的高强度、快节拍连续喷涂；能够适应对人体有害的喷漆操作，有效避免了喷涂作业对喷漆工人所带来的身体伤害；能够使喷涂过程更精确，有效保证产品漆膜的一致性；能够有效提高油漆利用率，减少油漆消耗。采用机器人代替人来完成喷涂工作，不但可以节省人力及材料消耗，而且还能大大提高工作效率和产品质量。基于这些优点，公司决定在大轮拖底盘涂装线采用机器人自动喷涂系统。

2 拖拉机底盘机器人喷涂系统组成

机器人自动化喷涂系统，在国内还是首次被使用到农机行业。它的投产为建设我国农机自动化生产奠定了坚实的基础。它运用了先进的电机变频、伺服驱动技术，气动控制技术，光电控制技术，现场总线技术，PLC控制技术和计算机控制技术等。

机器人喷涂系统是由多个子系统组成的复杂自动控制系统，只有当各子系统相互配合才能完成自动喷涂工作。大轮拖涂装线喷涂系统包括FANUC防爆喷涂机器人P-250iA，喷涂工艺控制柜（PCE），喷涂系统控制柜（SCC），AVX自动混气喷枪，集中供漆系统，射频识别系统（RFID）及配套工艺设备。

拖拉机底盘涂装系统主要采用4台P-250iA机器人来完成底盘面漆的自动喷涂，机器人喷漆系统具有降级、防撞和在线跟踪等功能。生产时机器人系统通过成对的光电开关来判断底盘的各种信息；同时该系统能够自动接收来自识别系统或人工手动输入的待喷涂底盘信息，并将收到的信息与预置的数据库进行比较，最后将当前的喷涂信息分别传递给4台机器人执行。当机器人出现故障时，操作工可手动将故障机器人移动到BYPASS位置，并将该机器人退出生产模式，机器人系统将自动调取降级程序让其他正常的机器人执行，更好地保证了拖拉机的连续性生产，喷涂机器人布局示意图见图1。

图1 喷涂机器人布局示意图

机器人采用地面固定底座安装，底盘吊挂在驱动链上，由驱动站驱动链条而使拖拉机底盘以一定的速度移动，当底盘运行到机器人工作区域时，机器人自动调用预置好的轨迹程序来完成底盘的喷涂。在输送链上装有编码器，编码器旋转时产生脉冲信号，该脉冲信号传递给机器人控制柜和PLC的高速计数器；由于每个脉冲对应的移动距离为固定值，根据检测到的脉冲数即可计算出底盘移动的具体距离。生产时，当底盘移动至机器人喷涂工位并碰到机器人启动的光电开关后，机器人就能准确检测到车身的具体位置，实现机器人对底盘的位置跟踪。

3 机器人喷涂自动识别系统

自动化连续生产通常与在线机型识别系统是分不开的。拖拉机底盘涂装生产采用了射频识别系统来实现机器人的自动化生产。系统通过写入和读取底盘吊车上的存储器信息来为机器人提供信号输入，当底盘触发机器人启动光电开关时，识别系统将读取该底盘信息并发送给机器人执行。由于拖拉机底盘配置繁多，且拖拉机底盘生产按照用户订单进行生产，而喷涂轨迹程序又需要按照用户订单上底盘配置进行组合，这造成了系统无法自动识别并进行组合出对应底盘的喷漆轨迹程序。因此，我们需要通过人工排列组合的方式来完成拖拉机底盘喷漆轨迹程序，并将常用的喷漆轨迹程序都预置到机器人系统中，再按照排列组合方式将机器人喷漆轨迹程序与对应拖拉机底盘型号预存入射频识别系统的数据库中。在生产中，由射频识别系统来判断并给机器人发送当前被涂底盘的轨迹程序号，从而实现了拖拉机底盘的全自动涂装生产。因此我们需要按照生产订单及时维护机器人系统中的喷涂程序和射频识别系统中的机型程序关系数据库信息，以保证射频识别系统与机器人喷涂系统相适应，最终达到全自动喷涂的目的。对于未预先维护的特殊机型，需要采取人工手动输入程序号的方式来临时更改喷涂程序，避免系统在没有找到相关机型程序的情况下而出现漏喷的现象。

4 机器人喷涂系统程序编制

在喷涂过程中，机器人需要控制喷枪与拖拉机底盘被喷涂表面保持正确的角度和恒定的距离，同时需要确定喷枪的运动轨迹和相应的喷涂参数。因此在硬件布置到位后，要想实现自动喷漆，就必须要预先编制好符合对应底盘外部轮廓结构要求的喷涂轨迹程序。为了能编制出准确的喷涂轨迹程序，通常采用现场示教的方式。按照混气喷枪及水性油漆喷涂要求，选择喷幅在200～300m和50%的喷幅搭接率进行喷涂轨迹示教。再根据生产节拍的不同，分别调整喷涂的走枪速度、流量及扇幅以达到底盘面漆的漆膜质量。机器人喷涂拖拉机底盘示意图如图2。

图2 机器人喷涂拖拉机底盘示意图

要实现自动化流水线生产就必须编制各种机型的喷涂轨迹程序；要在结构复杂、批量小、品种多样化的拖拉机底盘生产中使用机器人自动化喷涂，就需要编制出每种机型相应的喷涂程序；这也正是实现不断变化产品的柔性化自动化连续生产的关键。采用示教模式编程时需要每种机型的底盘样件，而底盘是根据用户订单所选配置进行生产的，因此每天都会有很多新增机型的可能，这为实现各种机型喷涂轨迹程序的编制带来了很大的难度。

要保证机器人的连续生产，就需要我们寻找更合理的轨迹程序编制方法。根据拖拉机底盘结构，我们需要对拖拉机底盘进行归类，分别对拖拉机底盘各配置部件进行模块化编程。再通过组合各模块程序来完成拖拉机喷漆。即当用户订单上需要的拖拉机底盘配置发生变化时，我们可以调换变化部件的程序块以适应不断变化的复杂结构拖拉机的小批量连续生产。在喷涂程序的编制过程中，首先采用离线编程的方式，对各个型号的拖拉机底盘各个部件进行编程（离线编程如图3所示）。然后进行机器人喷漆试运行，在实际运行中调整不合理的喷漆轨迹。再分别对调整好的程序进行备注，要求将各部件与该部件的喷漆轨迹程序对应。最后按照生产中的拖拉机底盘配置进行组合来完成整个底盘的喷涂。当我们把拖拉机各种配置各个部件的机器人喷涂程序都编制完成后，不管用户选装什么配置，我们都可以通过更换或调用对应配置的喷涂程序来实现程序的快速编制。

5 结语

机器人的全自动喷涂生产线实现了拖拉机底盘的精确喷涂和环保涂装。机器人喷涂大大提高了喷涂精度，保证了拖拉机底盘油漆质量，减少了油漆的损耗，更重要的是有效避免了喷涂作业对工人的伤害。

自从该涂装线投产后，大幅度地提高了拖拉机底盘面漆喷涂质量。改善了拖拉机底盘外观质量，为拖拉机用户提供了更高品质的产品，更为我厂创造了更大的经济效益。拖拉机底盘机器人喷涂系统的应用，使我厂实现了拖拉机底盘涂装生产的自动化，使我国拖拉机生产的自动化水平得到了巨大的提高，对我国农机向国际先进农机发展具有重大的意义。