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　　以油漆機器人構(gòu)筑“工業(yè)天然林”

　　國際金屬加工網(wǎng)

　　一流制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機器人金融行業(yè)典型研討會

　　在2015年的兩會中，酸雨爆棚了眼球。從民間到官方，從地方到中央，各界對環(huán)境治理酸雨達成一致高度一致。然而，環(huán)境治理酸雨等酸雨，除了備受關(guān)注的燃煤電廠和機動車汽車尾氣外，工業(yè)油漆也不容忽視。

數(shù)據(jù)表明，北京地區(qū)的工業(yè)油漆污染占PM2.5總量的16.3%，僅次于機動車汽車尾氣排放量和煤炭熔化排放量。在濟南的PM2.5構(gòu)成中，滲漏轉(zhuǎn)化占20.9%，而滲漏主要是工業(yè)油漆。實際上，在長三角、長三角、珠三角經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，油漆及油漆企業(yè)發(fā)達，涉及電子產(chǎn)品外殼油漆油漆、家具金融行業(yè)、汽車配件油漆、自行車油漆等金融行業(yè)，油漆使用量很大，環(huán)保壓力十分大，處理成本也很高。因此，工業(yè)油漆制造集約化對環(huán)境治理酸雨有重要意義。

此外，廣大制造業(yè)的工業(yè)油漆當(dāng)晚中，混合物、油漆中的有機塵粒(VOC)成為當(dāng)晚組織工作建筑工人的“隱形殺手”。國內(nèi)脫毛膏油漆占比高達7成，與歐美發(fā)達國家存在較大差距。脫毛膏油漆不僅在上游的成膜助劑、顏料混合物，而且在下游涂裝金融行業(yè)等的制造與加工過程中，都將會產(chǎn)生大量VOC，這些有機汽車尾氣利皮揚卡體的身心健康危害性十分嚴重，能透過呼吸道影響到我們的神經(jīng)系統(tǒng)，即使引致肺部疾病等。如果這些有機汽車尾氣和汽車尾氣處理設(shè)備處理不當(dāng)，利皮揚卡體身心健康和酸雨會造成十分可怕的危害性，極大威脅組織工作臺建筑工人的身體身心健康。在全國范圍內(nèi)用工荒和勞動法規(guī)關(guān)于為保護制造組織工作臺人員身心健康標(biāo)準不斷提高的雙重壓力下，有必要在油漆金融行業(yè)中構(gòu)筑一條“工業(yè)天然林”，不僅遏制酸雨，更將成為為保護組織工作臺建筑工人身心身心健康的一道堅固屏障。

　　如此種種客觀條件，促使油漆機器人廣泛應(yīng)用于工業(yè)油漆當(dāng)晚。浙江省內(nèi)提出的“機器換人”其中明確一條就是工業(yè)油漆自動化。大范圍用油漆機器人替代人工勞動的優(yōu)勢有：

　　提高工業(yè)制造工作效率。油漆機器人具有較高體育運動精度，保證了油漆過程中噴行走平穩(wěn)，油漆均勻，因此可實現(xiàn)閉環(huán)回路控制和高速達馬藏縣掌控與空氣網(wǎng)絡(luò)流量控制，降低韋爾齊率；

節(jié)約油漆材料。油漆機器人組織工作可靠性使得提高油漆質(zhì)量和材料使用率成為可能，較高的工藝響應(yīng)速度成功增加了達馬藏縣和混合物節(jié)約。達馬藏縣流動與機械臂的同步體育運動能有效提升傳送工作效率，因此能自由的開關(guān)，使油漆達馬藏縣用量最小化；

　　油漆機器人流水線可構(gòu)筑為開放式組織工作臺內(nèi)部空間。開放式油漆組織工作臺內(nèi)部空間為我們環(huán)境治理汽車尾氣帶來很大的方便快捷。目前油漆汽車尾氣環(huán)境治理主要有汽車尾氣拆解和汽車尾氣毀壞這兩種方案，封閉內(nèi)部空間能增大有價值汽車尾氣的濃度從而便于拆解，亦能集中催化熔化從而毀壞汽車尾氣，徹底凈化避免滲漏；

降低物力成本，為保護建筑工人身心健康。用機器人代替人進行危險、復(fù)雜的組織工作符合“以人為本”的社會價值。考慮到工業(yè)油漆的高危、有害組織工作環(huán)境，增加物力投入即使構(gòu)筑開站組織工作臺線是未來發(fā)展趨勢。我國由于工業(yè)組織工作臺培訓(xùn)投入不足，操作建筑工人自身防雷意識不強，企業(yè)普遍未能全面考慮安全防雷等組織工作臺要求，因此引致建筑工人總體受防雷水平不高，個別職業(yè)病案例經(jīng)新聞媒體放大后即使會引致社會性惡劣影響。隨著人們安全為保護意識增強，工業(yè)機器人在油漆金融行業(yè)的應(yīng)用將會變得更為廣闊。

　　油漆機器人的制造和金融行業(yè)應(yīng)用情況

油漆機器人又名油漆機器人，是可進行自動油漆或油漆其他油漆的工業(yè)機器人。1969年由挪威Trallfa公司（后并入ABB集團）發(fā)明。油漆機器人主要由機器人本體、計算機和相應(yīng)的掌控系統(tǒng)組成，油壓驅(qū)動力的油漆機器人還包括油壓油源，如油泵、油箱和電機等。多選用5或6分量關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，肩膀有較大的體育運動內(nèi)部空間，并可做復(fù)雜的軌跡體育運動，其手部一般有2～3個分量，可靈活體育運動。較一流的油漆機器人手部選用柔性小腿，既可向各方向彎曲，又可轉(zhuǎn)動，其姿勢類似人的小腿，能方便快捷地透過較小的孔伸入鉆孔內(nèi)部，油漆其內(nèi)表面。油漆機器人一般選用油壓驅(qū)動力，具有姿勢速度快、防爆操控性好等特點，可透過手把手微創(chuàng)或點位THF1來實現(xiàn)微創(chuàng)。待油漆鉆孔則加裝在卡盤或油漆臺架上，因此透過傳送帶到達各油漆機柜點，每個機柜單廂有相應(yīng)油漆機器人負責(zé)管理固定位置的油漆。

　　就具體操控性而言，加速度高、荷載能力強、組織工作范圍大，節(jié)拍可延長等均為高效油漆機器人所應(yīng)具備的條件。另外從設(shè)計角度看，工藝設(shè)備的加裝位置能更靠近噴，增加油漆節(jié)約；油漆設(shè)備集成于機器人肩膀，延長換色閥和油漆泵與油漆小腿之間的距離，增加油漆消耗。這都是優(yōu)秀油漆機器人耀眼的亮點。

當(dāng)前油漆機器人本體掌控比較通用的是工控機或者PC（個人電腦）加上體育運動inotify的模式，對于油漆系統(tǒng)則有獨立的一套掌控結(jié)構(gòu)。工控機負責(zé)管理系統(tǒng)的文件管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、機器人語言的解釋、微創(chuàng)檢查、系統(tǒng)程序的協(xié)調(diào)調(diào)度、故障診斷、機器人體育運動學(xué)正逆解與插補運算等功能。體育運動inotify負責(zé)管理機器人的體育運動掌控和二次插補，而由視覺傳感或網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測作為傳感器反饋，由此形成油漆的閉環(huán)掌控。

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　　圖 油漆機器人系統(tǒng)基本架構(gòu)

目前國內(nèi)外制造油漆機器人廠家眾多，基本為通用性工業(yè)機器人設(shè)計基礎(chǔ)上加以調(diào)整，使之適用于油漆應(yīng)用場合。國外廠商主要有瑞典的ABB Robotics，日本的FANUC、Yaskawa（安川）、NACHI（不二越）、OTC 、MITSUBISHI（三菱），德國的KUKARoboter，瑞士的St?ubli，美國的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics，意大利COMAU，英國的AutoTech Robotics，以色列的RobogroupTek公司等，這些公司已經(jīng)成為其所在地區(qū)的支柱性企業(yè)。國內(nèi)廠商主要有首鋼莫托曼（MOTOMAN）、沈陽新松、安徽埃夫特等。

　　目前國內(nèi)制造企業(yè)油漆機器人裝機總量穩(wěn)步提升，其中中外合資經(jīng)營企業(yè)如大眾、廣州豐田、長安福特等裝機總量穩(wěn)居前列。據(jù)了解，以一汽集團為例，一汽大眾成都、佛山工廠已基本完成油漆機器人利皮揚卡工的全面替代；浙江省內(nèi)制造企業(yè)如西子集團等也對油漆機器人拋出“繡球”，計劃在電梯桁架油漆中有步驟地增加自動化組織工作臺比重。

　　油漆機器人新技術(shù)探索

為了更好實現(xiàn)油漆任務(wù)，油漆機器人能集成當(dāng)今前沿技術(shù)，一方面提高自身固有參數(shù)，夯實“硬功夫”，另一方面擴展應(yīng)用領(lǐng)域和范圍，增強“軟實力”。而如何在保證加工質(zhì)量的前提下增加應(yīng)用方向，已成為當(dāng)今油漆機器人研究的熱點。

　　1 圖像視覺處理

　　透過使用機器視覺圖像處理，將提取的圖像輪廓經(jīng)過CAD軟件處理后，導(dǎo)入此CAD輪廓數(shù)據(jù)至離線仿真軟件。后經(jīng)過模擬仿真驗證后導(dǎo)出機器人掌控程序，最終完成機器人平面圖形油漆功能。該應(yīng)用可推廣至機器人繪圖、定制化圖案油漆等領(lǐng)域。

另外，圖像視覺處理還可檢測油漆效果，并實現(xiàn)自動化的優(yōu)化油漆和色彩控制功能。比如近期歐洲醫(yī)療工業(yè)中開始出現(xiàn)油漆機器人的身影，典型案例有注射器柱塞中硅涂層的油漆。硅涂層能大大減小醫(yī)療注射器柱塞和針筒內(nèi)壁間的摩擦和磨損，而帶有視覺系統(tǒng)的油漆機器人不僅能夠保持均勻一致的油漆過程，因此能實時檢測涂層厚度，從而給出質(zhì)量檢測結(jié)果，而這些恰是人工力有不逮之處。

　　2 油漆流體網(wǎng)絡(luò)流量掌控

　　一流網(wǎng)絡(luò)流量掌控策略引入到油漆機器人中會產(chǎn)生意想不到的油漆品質(zhì)提升，該掌控策略將掌控成膜厚度，自動彌補環(huán)境或者設(shè)備的物理變化，使指定網(wǎng)絡(luò)流量始終保持在嚴格容差范圍內(nèi)，確保表面漆膜厚度均勻并形成指定厚度，從而獲得優(yōu)異的涂裝品質(zhì)并優(yōu)化達馬藏縣的耗用。

　　油漆流體網(wǎng)絡(luò)流量掌控的實現(xiàn)分為兩個環(huán)節(jié)，其中正向排量使用機械齒輪泵掌控液流，而用軟件實現(xiàn)閉環(huán)掌控，這里由齒輪網(wǎng)絡(luò)流量計檢測流速做反饋掌控。

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　　圖 油漆網(wǎng)絡(luò)流量掌控策略原理圖

　　3 機器人操作臂的優(yōu)化設(shè)計

　　當(dāng)今油漆機器人的一個設(shè)計特點是具有中空的三軸轉(zhuǎn)動小腿，在小腿中集成了靜電油漆和/或旋轉(zhuǎn)霧化器。此外，中空小腿容納了軟管和電纜，從而增加機器人的組織工作范圍，同時增加連接件和走線的磨損，并使其免于遭受存在于制造環(huán)境中的灰塵或污物的侵害。

除此之外，選用鑄鋁結(jié)構(gòu)作為操作臂材料有著眾多的優(yōu)勢，如提高油漆機器人體育運動靈活度，因此可提供足夠內(nèi)部空間來加裝比例傳感器和電磁閥，使之和體育運動掌控元器件集成為一體，而避免再設(shè)一條通道。將整個電氣掌控系統(tǒng)都封裝在機器人操作臂的防爆腔中，使得機器人更能接近待加工原件，節(jié)約加裝內(nèi)部空間。此設(shè)計給新型油漆機器人提供了一個干凈流暢的解決方案，減輕了程序計劃人員的負擔(dān)，讓他們能完全把注意力集中于機器人的移動，而不必時刻考慮位置局限問題。

　　4 油漆機器人加裝設(shè)計

　　節(jié)約油漆機器人的加裝內(nèi)部空間不僅意味著企業(yè)廠房資金投入的節(jié)約，更對油漆汽車尾氣的集中處理提供了方便快捷，而后者對于構(gòu)筑“工業(yè)天然林”有著極其重要的現(xiàn)實意義，因為這提高了除塵、汽車尾氣拆解和汽車尾氣毀壞設(shè)備的組織工作工作效率，進而降低能耗。

　　對于有較小基座的油漆機器人，能考慮在墻壁上或天花板上進行加裝。另外經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的操作臂滿足一定制造柔性時，時還可尋求移動式油漆解決方案，即基座可移動情況下，油漆機器人單獨完成多道工序。

5 油漆機器人一站式設(shè)計思路

　　在一些具體的油漆組織工作臺場合，需要同時有兩臺機器人協(xié)同才能完成油漆組織工作臺。如車身油漆中，在車門與門框接合部分往往需要一臺機器人先拉開車門，另一臺機器人分別油漆車門和門框的接合面。此外如果需要油漆質(zhì)量檢測，還需加機器視覺模塊。如果能針對這種復(fù)合加工需求，設(shè)計一種雙臂式通用加工站，將能極大滿足市場對此的需求。

美國RETHINK ROBOTICS公司于2012年推出一款名為BAXTER的面向工業(yè)制造的仿人機器人，該機器人具有較高的成本效益和極強的自適應(yīng)能力，另外還具備與人協(xié)同組織工作臺和人身為保護功能，一面世便廣受好評。該機器人雙臂能獨立完成不同任務(wù)，因此末端執(zhí)行器加有機器視覺模塊。加工過程中一旦出現(xiàn)故障或者加工質(zhì)量問題，均可實時以面部表情形式反映到顯示屏中。值的指出的是，該機器人微創(chuàng)過程極為簡便，可人為帶動各關(guān)節(jié)體育運動實現(xiàn)微創(chuàng)而無需編程，但是綜合精度尚有欠缺。該機器人定價適中，其科研版僅26,000美金左右。

　　倘若引用BAXTER到油漆組織工作臺當(dāng)晚，或借鑒BAXTER設(shè)計思路自主設(shè)計油漆組織工作臺組織工作站，必將填補相關(guān)市場和科研的空白。

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圖 BAXTER面向工業(yè)制造的仿人機器人

　　國內(nèi)在對油漆機器人的相關(guān)研究直到近期才逐漸開始，高操控性的油漆機器人目前還不普及，大多數(shù)當(dāng)晚應(yīng)用的油漆機器人只能實現(xiàn)簡單的、基本的預(yù)設(shè)姿勢，復(fù)雜油漆軌跡的協(xié)調(diào)體育運動還未在大規(guī)模工業(yè)加工場合中實現(xiàn)。除此之外，推廣油漆機器人道路上亦有許多現(xiàn)實問題亟需解決，比如如何合理簡化微創(chuàng)過程，幫助操作人員迅速掌握編程技術(shù)，目前各制造廠商已經(jīng)開始研發(fā)基于PC的人機交互軟件，其設(shè)計目的就是要對機器人的路徑微創(chuàng)以及涂裝程序的開發(fā)組織工作進行簡化。另外如何在保證加工精度的情況下，降低油漆機器人制造成本也頗為重要，這直接決定了終端企業(yè)購買油漆機器人進行自動化改造的意愿。

　　總結(jié)和展望

在我國，油漆機器人扮演著相當(dāng)關(guān)鍵的角色，它對油漆工業(yè)來說是不可或缺的。它的存在不僅提高了我國油漆加工制造率，還優(yōu)化了組織工作臺環(huán)境，保障了組織工作臺建筑工人的身心健康。在不遠的將來，隨著我國制造水平的提升，對于高級工業(yè)制品如汽車、船舶、飛機零部件，日常生活用品如鍋具不粘油漆和浴缸水槽搪瓷油漆，以及消費電子的油漆需求將逐年上升。例如在長三角核心城市之一的蘇州，僅其下屬的一個縣級市昆山，就有油漆油漆企業(yè)100多家，大小油漆線400多條，每年油漆混合物使用量就高達10000多噸。而中國油漆工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)字顯示，我國油漆產(chǎn)量從2004年的298萬噸，到2013年的1303萬噸，10年間增長了4倍多，因此 2012年以前始終保持二位數(shù)的增速。從工業(yè)角度看，油漆金融行業(yè)的需求增長將對“工業(yè)生態(tài)環(huán)境”產(chǎn)生深遠影響，而大規(guī)模選用的油漆機器人將形成寶貴的“工業(yè)天然林”。它極大程度為保護了自然環(huán)境免受工業(yè)制造的污染，同時透過整合諸多一流技術(shù)，促進了社會制造力質(zhì)的提升。

　　在未來的油漆機器人系統(tǒng)發(fā)展中，油漆機器人的深度研發(fā)和普及需要廣大科研單位和制造企業(yè)共同推動，“工業(yè)天然林”必將成為中國制造的金字招牌。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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