工业机器人涂胶教学系统的研究分析

【摘 要】随着工业机器人技术的应用普及，相关专业应用型人才的教学标准、课程开发、实训设备开发都具有十分重要的意义。本文针对现有工业机器人实训设备功能单一，缺乏实用性的突出问题。通过对真实汽车生产企业中工业机器人涂胶系统的研究分析，对工业机器人教学系统的集成设计进行了研究分析。体现了 “工学结合，做学一体”的职业教育特色。

【关键词】工业机器人技术;实训教学系统;系统集成

一、工业机器人行业现状

近年來，随着工业机器人技术的发展，人力劳动已经逐渐被机器人所取代，机电一体化、智能制造等技术迅速发展。从事工业机器人装调和检修等方面的技术岗位以惊人的速度增加。2019世界机器人大会于9月25日在北京闭幕，根据大会发布的相关数据，当前中国工业机器人市场保持向好发展，约占全球市场份额三分之一，是全球第一大工业机器人应用市场。2019年，中国工业机器人市场规模预计达到57.3亿美元，到2021年市场规模预计将突破70亿美元。伴随着工业机器人井喷发展的背后是一个巨大而急切的工业机器人从业人员的人才缺口。届时，国内工业机器人每年需求量将超过10万台，工业机器人应用人才缺口有30万。人才缺口的不断扩大，明显制约工业机器人行业的发展。

自2011年常州机电职业技术学院在全国首开工业机器人应用专业后，各地职业院校紧随其后。高职高专主要培养工业机器人现场系统设计研发、工业自动化集成等方面的高层次专业技术研发人才。

基于以上研究背景，掌握工业机器人系统安装、调试、维修和保养的应用型技术人才培养的意义尤为重要。随着招生规模的不断扩大，职业院校机器人专业教学设备短缺的问题越发凸显，现有的实训教学系统大多功能简单、学习任务不饱满且学习内容枯燥，无法满足教学要求。

二、涂胶技术研究现状

涂胶是指根据不同的工艺要求把胶浆均匀涂抹在产品表面的一种加工方式。涂胶的目的主要是粘贴固定、提高强力、提升曲挠性能、提升耐腐蚀性能和制造耐高温的绝缘材料等。随着技术的发展，传统的手工涂胶逐渐被涂胶机所替代，目前广泛应用的涂胶机器，利用电脑程序控制涂胶路径和出胶量，通过气压将胶液喷涂到所需的产品上，使得涂胶的厚度和时间都可以控制，设备操作简单，采购成本低，大大提升了涂胶的工艺质量。

随着制造业水平的不断提升，产品的涂装质量要求也越来越高。特别是高端产品由于精度高、产品结构复杂以及涂胶工艺复杂等特点，简单的涂胶机已经无法满足技术要求。工业机器人凭借其自身灵活性强、动作精度高和柔性化等特点，越来越多的应用于涂胶系统中，使产品的涂胶质量、生产管理以及经济效益等方面都有了明显提高。当前，涂胶系统共分为四种：一般涂胶，机械仿真形涂胶机，软仿真涂胶机，智能涂胶机。

在1999年，北京首钢莫托曼机器人有限公司首次将柔性化机器人工作站技术，应用于国内哈飞汽车有限公司，这是中国车企第一次把机器人涂胶系统应用到玻璃装配工艺上，具有里程碑的意义。目前在国内对涂胶机器人研究的机构主要有首钢莫托曼机器人有限公司、哈尔滨工业大学、沈阳新松机器人自动化股份有限公司、北京机械工业自动化研究所等。近年来，随着国产工业机器人技术的提高，机器人设备本体的价格都大幅降低，为技术的普及打下了基础，如图1所示，是工业机器人车窗涂胶示意图。

三、工业机器人及其在汽车玻璃涂胶中的应用

当前工业机器人控制系统发展的主要趋势为系统的开放化、网络化、基于新型传感器的智能化、作业的柔性化和多智能体调控等。工业机器人应用最为广泛的行业是汽车制造业。汽车制造业由于自身高附加值、高科技和高标准的行业特点，使得许多高新技术都应用其中。工业机器人在汽车制造领域中主要有焊接机器人、喷涂机器人、搬运机器人和装配机器人等。

随着当代汽车技术的不断进步，汽车的行驶速度也越来越快。在发生碰撞和紧急刹车等突发事故时，极易产生因挡风玻璃装配质量问题而造成的车内人员伤害。在汽车总装的工序中有一个重要项目就是风挡玻璃的装配，其中包含玻璃密封胶的喷涂和玻璃的安装。工业机器人应用于汽车玻璃涂胶系统，具有人工无法比拟的优势，它行动灵巧，可以将玻璃的尺寸误差沿玻璃周边均匀分布，而且精度极高，可以对玻璃自动识别、自动拾取和一次性自动对中，极大地提高了汽车的整体质量。

四、工业机器人系统集成

工业机器人系统集成主要是指工业机器人在实际应用过程中，对于工作现场的集成开发。其主要内容包含工装设备、外部设备、控制系统等。也可以理解为把厂家采购回来的工业机器人通过集成开发变为可以实际生产应用的设备。

工业机器人出厂时仅能实现对工业机器人本体的基本控制和编程，比如按照设定线路移动、根据流程动作和定位等。由于没有任何外围设备，工业机器人根本无法进行实际生产使用。要使工业机器人能够完成实际生产，就必须加装外围的配套设备，如夹具、模具、刀具、移动滑台、翻转台和辅助量具等，同时还要装设外部控制系统，如PLC、传感器和网络连接线等，这也就构成了工业机器人系统集成。

工业机器人系统集成设计的一般步骤和方法总结如下：

（1）解读分析工业机器人的工作任务。工作任务是整个系统集成设计的核心问题，所有的设计都应围绕其来进行。

（2）合理设计选用工装设备。在设备设计选用的过程中加工对象的特点、需要达到的工艺标准和工作场地的情况都要综合考虑。

（3）工业机器人的选型。由于不同品牌的工业机器人价格、控制方式、技术特点和擅长领域都有所不同，所以在此环节要进行大量细致的分析对比，最终才能合理选择。

（4）外部控制系统的选型与设计。当前工控领域，主要选用可编程控制器（PLC）作为外部控制系统的核心器件，国内外主流品牌有西门子、三菱、安控等品牌，选用时要考虑产品的可靠性、兼容性、安全性和先进性。

（5）系统安装调试。在安装调试过程中，要严格遵守规范，确保全过程的人身安全和设备安全，保证施工质量。

结合以上系统集成的相关要求和流程，就可以对一般的教学实训系统进行集成改造。选取典型应用场景，在满足工艺安装要求的前提下，综合考虑场地、经费、教学环节等综合因素，可以设计出更加符合职业教育特色的工业机器人教学系统。

参考文献：

[1]姚莉娟，盛星奎.基于ABB机器人工作站的涂胶工艺设计[J].科学技术创新，2021（15）：190-191.

[2]孙鹏涛.汽车玻璃涂胶装配的工业机器人实训系统结构设计[J].科学技术创新，2021（10）：153-154.

[3]翟慧. 汽车玻璃涂胶装配的工业机器人实训教学系统设计与实施[D].武汉工程大学，2020.