全自动智能喷漆机器人的研究现状及市场应用

马朝鹏 王旭东 杨家辉 李瑞鹏

摘 要： 是一种是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人，在机械智能化日益盛行的如今，全自动智能喷漆机器人凭借其安全可靠节能的特点将成为喷涂工业的潜力股。本文将对全自动智能喷漆机器人的研究现状进行简单叙述，并将对其市场应用进行简单分析与预测。

关键词： 智能喷漆；全方位移动平台；研究现状；市场应用

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：

1 全自动智能喷漆机器人背景

机器人是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并成为现代机械制造中的一个重要组成部分。机器人显著地提高了劳动生产率，改善产品质量，对改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。因而受到各先进国家的重视，投入大量人力物力加以研究和应用。

喷漆机器人设备，就是用来喷涂油漆，喷漆枪就是喷油漆的工具，用于产品的表面处理，是涂装设备的一种，它是通过压缩空气使涂料雾化成细小漆滴，在气流带动下喷涂到被涂表面，主要由喷冒、喷嘴、针阀、枪体三部分组成，同时外部需要连接气压装置，如压力罐、压力桶、泵浦等，涂膜细致、光滑、均匀，根据功能不同可以分为静电喷漆枪和高压喷漆枪，这里主要介绍下静电喷漆枪和高压喷漆枪，静电喷漆枪是根据传统高压空气喷漆枪来进行改良，利用先进的技术理论静电喷漆枪在喷涂时的条件是要涂料具有一定的导电性，才能发挥静电效果及优势；静电喷漆枪是采用异性相吸的物理原理来設计的，故它比传统的高压空气枪要省油及提高了涂装效率，但传统的喷漆机器人不具备智能操作系统，操作也比较费时，同时传统喷漆机器人的智能性也存在不足，所以人们迫切希望用全自动智能喷漆机器人设备，来代替传统喷漆机器人。

2 研究现状

喷涂机器人作为特殊的工业机器人，除了能极大降低工人的劳动强度和改善工作环境外，还具有如下的特点：（1）方形喷涂轨迹明确，提高涂膜的均匀性，降低喷涂量和洗涤剂用量；（2）柔性大，活动半径大，可实现内外表面喷涂；（3）易于操作和维护，可离线编程，可插件结构和模块化设计，可实现快速安装和更换元器件；（4）设备的利用效率高。

在国外，机器人喷涂已经成为一项比较成熟的技术，有着三十多年的研究和发展历史。目前，国外尤以喷枪的建模分析和轨迹优化的研究居多。1986年，Klein首次探讨了喷涂机器人的离线编程技术，建立了喷涂离线编程系统，并能进行交互式设计和喷枪仿真与机器人的运动轨迹分析。1999年，Balkan等人用实验方法建立了涂料的分布方程，在此基础上探讨了喷枪模型在平面上的轨迹优化方法，并完成了实验研究。Hansbo等人针对旋转物体热喷涂机器人喷涂时的涂料累积模型进行了机器人运动轨迹优化分析，并进行了实验验证。Vejko等人以降低涂料浪费和电机负载为目标，在保证喷涂质量的前提下对相关的参数进行了优化。2005年，Sheng等人提出了复杂自由曲面上喷涂机器人喷枪路径规划方法，通过建立优化目标函数来优化喷涂机器人喷枪路径模式及行走方向。Chen等人首次提出复杂曲面喷枪轨迹组合优化时的涂层干涉问题，并通过仿真数据讨论了解决方案。Duncan等人在空间频域的方法上给出了喷涂时路径间距的优化方法。2009年，Chen等人将基于曲面CAD模型的喷涂机器人轨迹规划方法与Atkar的方法进行比较，讨论了两种方法的优缺点。2010年，Gyorfi等人考虑到喷枪路径规划时的约束问题，用遗传算法和图搜索方法实现了方案优化。

由于历史原因，国内机器人技术研究相对滞后。但国内的喷涂机器人近年来也有了长足的发展。1991年，北京机械工业自动化研究所完成了我国第一条自动喷涂生产线，还开发了PJ系列电液伺服喷涂和EP系列的电动喷涂机器人。国内的哈尔滨工业大学、上海交通大学、天津大学，南京理工大学等高校都开发出了喷涂机器人，但尚未形成批量生产的能力。

于1990年前后，北京机械工业自动化研究所机器人中心开始了对喷涂机器人的研究，我国研究机器人是在国外研究的基础上进行的，在此过程中还研发了不少周边技术。2000年来由于国内汽车发展迅速许多制造公司也在设计制造我国自己的喷涂机器人，在此同时国外的MOTOMAN公司与我国北京首钢集团合作；瑞士ABB公司在京沪建立分公司，以销售喷涂机器人和工业机器人为主。

目前喷涂机器人已经是我国需求最多的机器人之一，而我国在这方面相对落后，目前来看，我国大部分都是采用的国外的喷涂机器人，有的照搬国外的生产线，还存在维修，保养等问题，从而影响喷涂的发展。所以，设计制造出我国自己的喷涂机器人是非常迫切和必要。

3 市场应用

3.1 汽车行业

不同的涂装机器人由于各关节自由度及臂长等参数的限制，对能触及喷涂的有效尺寸有所差异。在汽车涂装工艺中，喷涂机器人的应用越来越广泛，其显著的优点是可实现多种车型的混线生产，如轿车、旅行车、皮卡车等车身混线生产，提升了涂装的自动化程度及生产效率。市面上的涂装机器人质量好坏不一，选择高质量的涂装机器人能够更好的开展涂装工作。

3.2 航空航天

未来喷涂机器人的一个应用热点是航空航天领域，目前公开发表的文献中，仅美国将喷涂机器人在飞机上进行了应用。数据表明，机器人不但喷涂效率高，而且喷涂质量稳定可靠，尤其能满足隐形飞机对喷涂的高指标要求。美国Berry等研制的SAFARI系统采用示教方式对F-15进行冲洗和喷涂，仅用10个小时就可以完成所有的工作。制造业中的航空航天设备，普遍具有结构复杂、工作环境恶劣、可靠性要求高、成本低及重量轻等特点。而航空航天设备的制造，通常研制周期长，加之更新换代快，更适合小批量多品种生产。我国要完成由航空航天大国到强国的转变，就必须迈过飞行器自动喷涂这道坎。因此，未来在航空航天领域对智能喷涂机器人的需求比较迫切。

参考文献

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[5] 刘亚威.未来飞机制造的几个热点主题[N].中国航空报，2013-10-17（4）.