关键字：喷涂；工业机器人；数字化

1 引言

在人类漫长的发展历史中，不乏一些工作强度大，对人体健康有损害的工作。但正是因为工作强度大并且对人体有害，所以人们便想方设法用机器来代替这一类的工作，进而促进了科技的发展，产生了许多高科技设备。最终这些工作强度大、对人体有害的工作都会被高科技设备所替代。用喷涂机器人作业就是机器人代替人工的一个例子。喷涂机器人最早出现于挪威，由挪威一家公司于1969年进行研发，经过几十年来不断的研究和发展，技术可以说是已经相对成熟，并且在航空航天、车制造、手机制造、五金和卫浴用品等领域应用广泛。

本文通过对工业机器人的介绍及其在喷涂作业中的应用来说明工业生产中使用机器人的优点。喷涂机器人进行喷涂作业如图1所示。

2 喷涂机器人分类及构成

喷涂机器人，又叫喷漆机器人（SpayayPrutoPrimeDebug），是一种能够自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。

目前，在国际市场上可以看到的喷涂机器人大致可分为以下几种类型：根据是否能移动，可分为移动轨道安装机器人和固定安装机器人。而根据安装位置，则可分为落地式安装机器人和悬臂式安装机器人。

喷涂机器人的组成主要由机器人本体、喷涂设备、计算机和相应的控制系统组成。现在市面上采用的机器人多为六轴六关节机器人，即有六个关节可以活动。大多分为J1、J2、J3、 J4、J5、 J6等六个轴，每个轴又分别由伺服电机、减速机及其相应的手腕体组成。现在市场上更先进的喷涂机器人手腕则使用柔性腕，它可以在各个方向上弯曲和旋转，运动类似于人类手腕的运动。可以让其通过比较小的孔洞进而喷涂工件内表面，大大提高了喷涂的质量和效率。汽车部件的喷涂如图2所示。

喷涂机器人通常由8部分组成：

（1）机器人的主体（即基座、手臂、腕部和末端喷涂设备，是由基座、大小臂、腕部和末端喷涂设备组成的一系列机械结构，其是由伺服电机和减速器相连接的6轴联动机构。减速器多使用谐波减速器和RV减速器）。

（2）控制器（据输入程序向驱动器和末端喷涂设备发送动作指令、控制机器人运动轨迹的装置根）。

（3）总控台（主要功能是集成整个喷涂生产线的控制）。

（4）控制柜（一种将电信号设置为气动信号发送给机器人本体和执行设备的控制装置）。

（5）检测系统（该检测系统基于PLC程序产生的不同工作地点和工件之间的差异，为检测位置设置不同参数，并对其进行调整，使喷涂过程紧随工件进行，由传感器和各种控制执行机构组成）。

（6）安全生产隔离区（机器人进行生产的车间，一般进行隔离。可在喷涂车间的进出口分别设置一对安全光栅，以防止有人意外进入，造成人身伤害和设备损坏）。

（7）工件跟踪系统（可以使机器人跟踪生产线上的工件进行移动作业的系统）。

（8）配电柜（供配电源的装置）。

3 喷涂机器人工作原理

  喷涂机器人可以代替人工进行自动喷涂，喷涂机器人的工作原理是利用大量的压缩空气气流把油漆等涂料雾化成细小的液滴，并由气流带动小液滴均匀喷洒在工件表面，以达到喷涂工件的目的。在实验室研发涂料时所用的喷涂机器人如图3所示，由图可清楚的看出，该机器主要结构由6个部分组成，具体如图3所示。

对其各部分的功能介绍如下:

（1）主体机（是整个机器人的骨架，内部装有全部的控制系统、涂料供给系统、开关、指灯等）。

（2）主控机（能进行喷涂程序选择，更改喷涂参数等操作）。

（3）送料仓（储存涂料，并通过液压系统为喷涂系统提供涂料）。 

（4）转向头（安装有喷枪和旋杯，能根据选择程序自动转动选择用喷枪还是旋杯喷涂）。

（5）背板（放置喷涂工件的地方，背板上突出来的部分是磁铁，用来吸附被喷涂的工件，喷涂时应尽可能的将工件放到背板的中间）。 

（6）X轴滑道（背板移动时的轨道，由P伺服电机带动同步带使背板左右移动）。

（7）Z轴滑道（枪托移动时的轨道，由伺服电机带动同步带使背板上下移动）。

4 喷涂机器人的优点及应用

喷涂机器人具有这四大优点：

（1）柔性大，工作范围大大。

（2）提高喷涂质量和材料使用率。

（3）易于操作和维护，可离线编程，大大的缩短现场调试时间。

（4）设备利用率高，利用率可达90%-95%。

在使用喷涂机器人进行喷涂工作的时候，可以发现喷涂机器人生产效率高，应用领域广泛，适合用于手工作业及工业自动化生产线等地方。主要用于塑胶领域、五金领域、家具制造领域、军工领域、船舶生产领域等。是如今应用最为广泛的一种涂装方式。喷漆作业对工作环境的要求比较严格，必须有一百万级至100级无尘车间。一条喷涂生产线的喷涂设备主要包括喷枪、喷漆车间、供漆室、烘干车间、雾化废水、废气处理设备等。喷涂机器人的使用使在恶劣环境下作业的工作人员得到了极大的解放，也大大提高了制造企业的生产效率，提升了喷涂质量，降低不良产品出现的概率，同时提高了油漆利用率，减少废弃油漆、废溶弃剂的排放，使其工业生产更加绿色化。汽车部件在无尘车间进行喷涂如图4所示。

5 就家具行业而言喷涂机器人成本和人工成本的对比

使用喷涂机器人对家具进行喷涂如图5所示。在家具行业中使用喷涂机器人进行喷涂作业时，可以有效的降低成本，并且同时还能提高工作效率。减少涂料中的有毒有害气体和物质对工作人员的身体造成的伤害，减少涂料的飞溅，提高利用率。附表是使用喷涂机器人进行作业时和人工成本的对比。

附表 家具行业喷涂机器人和人工成本对比
 

6 对未来的展望

随着喷涂机器人行业竞争的日益激烈，大型机器人企业的并购整合和资本运营越来越频繁，对产业市场的研究，尤其是企业发展环境和方向的变化，市场客户对机器人的需求，和对机器人越来越深入的了解研究，在对喷涂机器人的发展带指明了方向的同时，也带来了发展的动力。根据市场需求和数字化技术的发展，喷涂的数字化和智能化成为了现今喷涂技术的发展趋势。什么是喷涂数字化，其实是利用3D CAD技术、可视化技术、离线编程等先进的数字技术来提高喷涂过程的自动化和效率，改善喷涂的工作条件，减少人力在喷涂过程中的参与程度，解放劳动力。

除此之外，还可以从机器人机构的创新方面、更先进的控制理论方面、新型传感器技术方面和网络化方面来对喷涂机器人进行研究。类人机器人如图6所示。

参考文献：

[1]尹志刚.喷涂机器人静电高压应用与维护[J].设备管理与维修.2018(02).

[2]颜兵森,田成花,张波.喷涂机器人在回转体型工件上的应用[J].制造业自动化,2017(06).

[3]康国坡,陈新度,夏鸿建.基于动力学分析的喷涂机器人电机选型[J].机械设计与制造,2012(12).

[4]汤宇洋,赵德安,马捷,季安邦.静电喷涂机器人喷涂效果的分析与仿真[J].信息技术,2016(09).

作者简介：

孔创 （1997—） 男 汉族 云南曲靖，研究方向：工业机器人 

木仕源 （1997—） 男 纳西族 云南丽江 研究方向:工业机器人