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喷漆机器人应用技术研究与未来展望

涂装是制造业中一项非常重要的工序，它能有效地防止工件受外界环境侵蚀，提高工件寿命，而且能美化工件外观。目前在国内，涂装工序主要还是靠人工完成，涂装的质量受工人的技术熟练程度、心情等因素的影响很大。同时，涂装过程中挥发出来的有毒气体对工人的身体健康影响很大。实现涂装过程自动化，具有巨大的社会与经济效益。喷涂机器人就是一种典型的涂装自动化装备。使用机器人进行喷涂作业，工件涂层均匀，重复精度好，工作效率高，能使工人从恶劣的工作环境中解放出来。国际上将机器人应用到喷涂领域已有二十多年的历史，最早将机器人技术应用于喷涂的有美国的minihit公司、fudge公司、德国的hatel公司等。
随着机器人技术的不断完善，喷涂精度得到显著提高，喷涂机器人在主要的发达国家得到广泛的应用。我国的华南理工大学、华中科技大学等科研机构先后对喷涂机器人技术进行深入的研究，取得了不少进展。航天航空部的703所、625所使用热喷涂机器人进行作业，用来喷涂一些重要而特殊航空部件。目前在我国，还没有完全意义上的独立生产喷涂机器人的厂家，机器人市场大多为欧美、日本、韩国等国的生产厂家所垄断。近年来，我国的一些企业积极与高校开展喷涂机器人的项目合作，进一步推动我国喷涂机器人技术的成熟，普及与应用。
1、喷涂机器人的种类
1.1仿形喷涂机器人
仿形喷涂机器人根据被喷涂工件的外形特点，简化机器人本体的结构与控制方式，造价低廉，维修简便，喷涂质量基本上能满足工业的需求。据国外公司统计的数字显示，采用仿形喷涂机器人进行作业，喷房内部尺寸可减少2/3，排风量减少3/5，漆雾处理的冲水流量减少1/3，涂料节省大概30%—50%。仿形喷涂机器人广泛应用于汽车、铁路机车车辆等机械制造业的喷涂作业，用于完成被工件顶部与侧面的喷涂。相关资料介绍了一种用于汽车车身喷涂的仿形喷涂机器人，该机器人模仿汽车车身的形状，同时在顶部与侧面各安装喷枪，喷枪固定在机架上，喷枪与车身的距离、角度可以调解，以满足不同型号的车身的喷涂需要。机器人采用PLC控制方式，整个系统可靠性高，组态可灵活调整，编程方便，调试维护简单，对不同车型的车身通过编程即可达到仿形编程目的。
1.2移动式喷涂机器人
这类机器人主要用于高空的喷涂作业，如大楼、桥梁的高空喷涂等，配备缆绳、真空或磁吸附装置，充当机器人的下肢，使机器人能够在高空喷涂作业的同时进行移动。相关资料介绍一种缆索机器人，用于斜拉桥的高空喷涂，利用PLC作为机器人的控制系统，机器人系统运行稳定，可靠性高，可满足斜拉桥高空喷涂的需要。还有一种用于高层建筑喷涂作业的移动机器人，以真空吸附的方式进行高层建筑物的喷涂作业，机器人由支援系统、机器人本体、控制系统组成。其中支援系统包括移动小车、卷缆部件、悬挂装置；控制系统采PLC控制。机械手采用往复运动的方式，同时在喷涂机械手上还安装了两套CCD摄像系统，可从支援小车的监视器实时监视喷涂作业情况和墙面喷涂的质量。该机器人的推广应用提高了高层建筑喷涂作业的质量、工作效率和安全可靠性，降低工人的工作量。
1.3经济型简易喷涂机器人
这类机器人本质上是一种三自由度直角坐标机器人，采用龙门架式的框架结构，配备有专门的夹具，进行喷涂作业时，须先手工将被喷涂工件夹紧到工作台上，再操纵机器人进行喷涂。主要用于手机、计算机键盘等小型电子产品外壳的喷涂作业，该机器人结构简单、操作简便易行，且成本较低。但系统功能单一，一般只能用于小型件的喷涂作业。
1.4固定式多自由度喷涂机器
这种机器人常固定于喷涂生产线的两侧，作业时被工件通过输送带送入生产线，再由机器人对工件进行喷涂作业，这种机器人常为回转式关节型机器人，常见的是5、6自由度关节机器人。机器人的控制系统常采用在工控机上插入输入输出I/O卡和运动控制卡的模式，再通过计算机高级语言编程实现整个喷涂作业过程的自动化，可适用于各种不同场合的喷涂作业需要
2、喷涂机器人运行方式
2.1示教型喷涂机器人
这种方式必须首先确定机器人在喷涂件表面的运动轨迹，先操纵机器人沿运动轨迹空走一遍，即对机器人进行示教。在示教过程中，机器人记录下各个示教点的轨迹坐标，在真正喷涂过程中，机器人根据先前记录下来的示教点对工件进行自动喷涂作业，示教点之间的曲线部分采用插补算法确定各个插补点坐标，以逼近原曲线轨迹，最后通过机器人正逆解运算求出每一关节转过的角度。
2.2离线编程式喷涂机器人
这种方式首先获取被喷涂对象的立体几何形状，然后采用各种算法确定出工件表面的喷涂点坐标，机器人根据已确定的点坐标进行自动喷涂作业。喷涂点之间的曲线