在2015年的兩會中俄躺，空氣污染賺足了眼球亮史。從民間到官方摹椅，從地方到中央虫棕，各界對治理空氣污染達(dá)成高度一致。然而梦啊，治理霧霾等空氣污染车榆，除了備受關(guān)注的燃煤電廠和機(jī)動車尾氣外，工業(yè)噴涂也不容忽視炼岖。

數(shù)據(jù)表明惨侍，北京地區(qū)的工業(yè)噴涂污染占PM2.5總量的16.3%，僅次于機(jī)動車尾氣排放和煤炭燃燒排放嫩誉。在濟(jì)南的PM2.5構(gòu)成中箱充，二次污染轉(zhuǎn)化占20.9%，而二次污染主要是工業(yè)噴涂尚憔。實際上镰吆，在京津冀、長三角跑慕、珠三角經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)万皿，涂料及噴涂企業(yè)發(fā)達(dá)，涉及電子產(chǎn)品外殼油漆噴涂核行、家具行業(yè)牢硅、汽車配件噴漆、自行車噴涂等行業(yè)芝雪，涂料使用量很大减余，環(huán)保壓力非常大，處理成本也很高惩系。因此位岔，工業(yè)噴涂生產(chǎn)集約化對治理空氣污染有重要意義。

此外堡牡，廣大制造業(yè)的工業(yè)噴涂現(xiàn)場中抒抬，溶劑、涂料中的有機(jī)揮發(fā)物(VOC)成為現(xiàn)場工作工人的“隱形殺手”晤柄。國內(nèi)油性涂料占比高達(dá)7成擦剑，與歐美發(fā)達(dá)國家存在較大差距。油性涂料不僅在上游的成膜助劑擒摸、顏料溶劑婉涌，而且在下游涂裝行業(yè)等的生產(chǎn)與加工過程中，都將會產(chǎn)生大量VOC誉芙，這些有機(jī)廢氣對人體的健康危害非常嚴(yán)重健娄，可以通過呼吸道影響到我們的神經(jīng)系統(tǒng)，甚至導(dǎo)致肺部疾病等尿笔。如果這些有機(jī)廢氣和廢氣處理設(shè)備處理不當(dāng)翁焦，對人體健康和空氣污染會造成非常可怕的危害临颈，極大威脅作業(yè)工人的身體健康茎倘。在全國范圍內(nèi)用工荒和勞動法規(guī)關(guān)于保護(hù)生產(chǎn)作業(yè)人員健康標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的雙重壓力下，有必要在噴涂行業(yè)中構(gòu)建一條“工業(yè)防護(hù)林”蚂青，不僅遏制空氣污染租江，更將成為保護(hù)作業(yè)工人身心健康的一道堅固屏障。

如此種種客觀條件孝承，促使噴涂機(jī)器人廣泛應(yīng)用于工業(yè)噴涂現(xiàn)場献丑。浙江省內(nèi)提出的“機(jī)器換人”其中明確一條就是工業(yè)噴涂自動化。大范圍用噴涂機(jī)器人替代人工勞動的優(yōu)勢有：

提高工業(yè)生產(chǎn)效率侠姑。噴涂機(jī)器人具有較高運動精度创橄，保證了噴涂過程中噴槍行走平穩(wěn)，噴涂均勻莽红，并且可實現(xiàn)閉環(huán)回路調(diào)節(jié)和高速漆料控制與空氣流量調(diào)節(jié)妥畏，降低殘次品率；

節(jié)約噴涂材料安吁。噴涂機(jī)器人工作可靠性使得提高噴涂質(zhì)量和材料使用率成為可能醉蚁，較高的工藝響應(yīng)速度成功減少了漆料和溶劑浪費。漆料流動與機(jī)械臂的同步運動能有效提升傳送效率鬼店，并且可以自由的開關(guān)槍网棍，使噴涂漆料用量最小化；

噴涂機(jī)器人流水線可構(gòu)建為封閉式作業(yè)空間妇智。封閉式噴涂作業(yè)空間為我們治理廢氣帶來很大的方便确沸。目前噴涂廢氣治理主要有廢氣回收和廢氣破壞這兩種方案，封閉空間可以增大有價值廢氣的濃度從而便于回收俘陷，亦可以集中催化燃燒從而破壞廢氣境愕，徹底凈化避免二次污染；

降低人力成本颁膊，保護(hù)工人健康停楞。用機(jī)器人代替人進(jìn)行危險、復(fù)雜的工作符合“以人為本”的社會價值撒殷「崞考慮到工業(yè)噴涂的高危、有害工作環(huán)境杏县，減少人力投入甚至構(gòu)建無人化作業(yè)線是未來發(fā)展趨勢匹说。我國由于工業(yè)作業(yè)培訓(xùn)投入不足晚号，操作工人自身防護(hù)意識不強(qiáng)，企業(yè)普遍未能全面考慮安全防護(hù)等作業(yè)要求卫驯，因此導(dǎo)致工人總體受防護(hù)水平不高殃忠，個別職業(yè)病案例經(jīng)新聞媒體放大后甚至?xí)?dǎo)致社會性惡劣影響。隨著人們安全保護(hù)意識增強(qiáng)毫痢，工業(yè)機(jī)器人在噴涂行業(yè)的應(yīng)用將會變得更為廣闊趾始。

噴涂機(jī)器人的制造和行業(yè)應(yīng)用情況

噴涂機(jī)器人又名噴漆機(jī)器人，是可進(jìn)行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機(jī)器人耙旦。1969年由挪威Trallfa公司（后并入ABB集團(tuán)）發(fā)明脱羡。噴漆機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、計算機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成免都，液壓驅(qū)動的噴漆機(jī)器人還包括液壓油源锉罐，如油泵、油箱和電機(jī)等绕娘。多采用5或6自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)氓鄙，手臂有較大的運動空間，并可做復(fù)雜的軌跡運動业舍，其腕部一般有2～3個自由度抖拦，可靈活運動。較先進(jìn)的噴漆機(jī)器人腕部采用柔性手腕舷暮，既可向各個方向彎曲态罪，又可轉(zhuǎn)動，其動作類似人的手腕下面，能方便地通過較小的孔伸入工件內(nèi)部复颈，噴涂其內(nèi)表面。噴漆機(jī)器人一般采用液壓驅(qū)動董翻，具有動作速度快圾董、防爆性能好等特點，可通過手把手示教或點位示數(shù)來實現(xiàn)示教桨挂。待噴涂工件則安裝在卡盤或噴涂臺架上几谐，并且通過傳送帶到達(dá)各個噴涂工位點，每個工位都會有相應(yīng)噴涂機(jī)器人負(fù)責(zé)固定位置的噴涂布布。

就具體性能而言坊欢，加速度高、荷重能力強(qiáng)鹃封、工作范圍大甥归，節(jié)拍可縮短等均為高效噴涂機(jī)器人所應(yīng)具備的條件。另外從設(shè)計角度看，工藝設(shè)備的安裝位置可以更靠近噴槍卑保，減少涂料浪費处冰；噴涂設(shè)備集成于機(jī)器人手臂，縮短換色閥和涂料泵與噴涂手腕之間的距離天俺，減少涂料消耗赞辩。這都是優(yōu)秀噴涂機(jī)器人耀眼的亮點。

當(dāng)前噴涂機(jī)器人本體控制比較通用的是工控機(jī)或者PC（個人電腦）加上運動控制卡的模式刨沦，對于噴涂系統(tǒng)則有獨立的一套控制結(jié)構(gòu)。工控機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的文件管理膘怕、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置想诅、機(jī)器人語言的解釋、示教檢查岛心、系統(tǒng)程序的協(xié)調(diào)調(diào)度来破、故障診斷、機(jī)器人運動學(xué)正逆解與插補(bǔ)運算等功能忘古。運動控制卡負(fù)責(zé)機(jī)器人的運動控制和二次插補(bǔ)徘禁，而由視覺傳感或流量監(jiān)測作為傳感器反饋，由此形成噴涂的閉環(huán)控制髓堪。

圖 噴涂機(jī)器人系統(tǒng)基本架構(gòu)

目前國內(nèi)外生產(chǎn)噴涂機(jī)器人廠家眾多送朱，基本為通用性工業(yè)機(jī)器人設(shè)計基礎(chǔ)上加以調(diào)整，使之適用于噴涂應(yīng)用場合干旁。國外廠商主要有瑞典的ABB Robotics驶沼，日本的FANUC、Yaskawa（安川）朋暴、NACHI（不二越）佛缕、OTC 、MITSUBISHI（三菱）下抬，德國的KUKA Roboter陈汇，瑞士的St?ubli，美國的Adept Technology紧燎、American Robot燕柠、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics戒款，意大利COMAU扶取，英國的AutoTech Robotics，以色列的RobogroupTek公司等人狞，這些公司已經(jīng)成為其所在地區(qū)的支柱性企業(yè)芜田。國內(nèi)廠商主要有首鋼莫托曼（MOTOMAN）、沈陽新松、安徽埃夫特等蜈沛。

目前國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)噴涂機(jī)器人裝機(jī)總量穩(wěn)步提升庞溜，其中中外合資經(jīng)營企業(yè)如大眾、廣州豐田碑定、長安福特等裝機(jī)總量穩(wěn)居前列流码。據(jù)了解，以一汽集團(tuán)為例延刘，一汽大眾成都漫试、佛山工廠已基本完成噴涂機(jī)器人對人工的全面替代；浙江省內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)如西子集團(tuán)等也對噴涂機(jī)器人拋出“繡球”碘赖，計劃在電梯桁架噴涂中有步驟地增加自動化作業(yè)比重驾荣。

噴涂機(jī)器人新技術(shù)探索

為了更好實現(xiàn)噴涂任務(wù)，噴涂機(jī)器人可以集成當(dāng)今前沿技術(shù)普泡，一方面提高自身固有參數(shù)播掷，夯實“硬功夫”，另一方面擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域和范圍撼班，增強(qiáng)“軟實力”歧匈。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)今噴涂機(jī)器人研究的熱點砰嘁。

1 圖像視覺處理

通過使用機(jī)器視覺圖像處理嚎猛，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)至離線仿真軟件鹤梯。后經(jīng)過模擬仿真驗證后導(dǎo)出機(jī)器人控制程序肄琉，最終完成機(jī)器人平面圖形噴涂功能。該應(yīng)用可推廣至機(jī)器人繪圖窟礼、定制化圖案噴涂等領(lǐng)域洋训。

另外，圖像視覺處理還可檢測噴涂效果绰尖，并實現(xiàn)自動化的優(yōu)化噴涂和色彩調(diào)節(jié)功能妙散。比如近期歐洲醫(yī)療工業(yè)中開始出現(xiàn)噴涂機(jī)器人的身影，典型案例有注射器柱塞中硅涂層的噴涂吹磕。硅涂層可以大大減小醫(yī)療注射器柱塞和針筒內(nèi)壁間的摩擦和磨損诅慧，而帶有視覺系統(tǒng)的噴涂機(jī)器人不僅能夠保持均勻一致的噴涂過程，并且能實時檢測涂層厚度壤牙，從而給出質(zhì)量檢測結(jié)果班聂，而這些恰是人工力有不逮之處。

2 噴涂流體流量控制

先進(jìn)流量控制策略引入到噴涂機(jī)器人中會產(chǎn)生意想不到的噴涂品質(zhì)提升适肠，該控制策略將控制成膜厚度霍衫，自動彌補(bǔ)環(huán)境或者設(shè)備的物理變化候引，使指定流量始終保持在嚴(yán)格容差范圍內(nèi)，確保表面漆膜厚度均勻并形成指定厚度敦跌，從而獲得優(yōu)異的涂裝品質(zhì)并優(yōu)化漆料的耗用澄干。

噴涂流體流量控制的實現(xiàn)分為兩個環(huán)節(jié)，其中正向排量使用機(jī)械齒輪泵控制液流柠傍，而用軟件實現(xiàn)閉環(huán)控制麸俘，這里由齒輪流量計檢測流速做反饋控制。

圖 噴涂流量控制策略原理圖

3 機(jī)器人操作臂的優(yōu)化設(shè)計

當(dāng)今噴涂機(jī)器人的一個設(shè)計特點是具有中空的三軸轉(zhuǎn)動手腕惧笛，在手腕中集成了靜電噴漆槍和/或旋轉(zhuǎn)霧化器从媚。此外，中空手腕容納了軟管和電纜患整，從而增加機(jī)器人的工作范圍拜效，同時減少連接件和走線的磨損，并使其免于遭受存在于生產(chǎn)環(huán)境中的灰塵或污物的侵害并级。

除此之外拂檩，采用鑄鋁結(jié)構(gòu)作為操作臂材料有著眾多的優(yōu)勢侮腹，如提高噴涂機(jī)器人運動靈活度迈窗，并且可提供足夠空間來安裝比例傳感器和電磁閥，使之和運動控制元器件集成為一體栋灿，而避免再設(shè)一條通道惑妥。將整個電氣控制系統(tǒng)都封裝在機(jī)器人操作臂的防爆腔中，使得機(jī)器人更能接近待加工原件浴瞭，節(jié)約安裝空間示荠。此設(shè)計給新型噴涂機(jī)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(fù)擔(dān)岳散，讓他們可以完全把注意力集中于機(jī)器人的移動节立，而不必時刻考慮位置局限問題。

4 噴涂機(jī)器人安裝設(shè)計

節(jié)約噴涂機(jī)器人的安裝空間不僅意味著企業(yè)廠房資金投入的節(jié)約眠煮，更對噴涂廢氣的集中處理提供了方便患并，而后者對于構(gòu)建“工業(yè)防護(hù)林”有著極其重要的現(xiàn)實意義，因為這提高了除塵茴审、廢氣回收和廢氣破壞設(shè)備的工作效率破溺，進(jìn)而降低能耗。

對于有較小基座的噴涂機(jī)器人躁绸，可以考慮在墻壁上或天花板上進(jìn)行安裝裕循。另外經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的操作臂滿足一定制造柔性時，時還可尋求移動式噴涂解決方案净刮，即基座可移動情況下剥哑，噴涂機(jī)器人單獨完成多道工序硅则。

5 噴涂機(jī)器人一站式設(shè)計思路

在一些具體的噴涂作業(yè)場合，需要同時有兩臺機(jī)器人協(xié)同才能完成噴涂作業(yè)星持。如車身噴涂中抢埋，在車門與門框接合部分往往需要一臺機(jī)器人先拉開車門，另一臺機(jī)器人分別噴涂車門和門框的接合面督暂。此外如果需要噴涂質(zhì)量檢測揪垄，還需加機(jī)器視覺模塊。如果能針對這種復(fù)合加工需求逻翁，設(shè)計一種雙臂式通用加工站饥努，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(jī)器人八回，該機(jī)器人具有較高的成本效益和極強(qiáng)的自適應(yīng)能力酷愧，另外還具備與人協(xié)同作業(yè)和人身保護(hù)功能，一面世便廣受好評撼烹。該機(jī)器人雙臂能獨立完成不同任務(wù)濒垫，并且末端執(zhí)行器加有機(jī)器視覺模塊。加工過程中一旦出現(xiàn)故障或者加工質(zhì)量問題远燕，均可實時以面部表情形式反映到顯示屏中久泞。值的指出的是，該機(jī)器人示教過程極為簡便奖放，可人為帶動各個關(guān)節(jié)運動實現(xiàn)示教而無需編程淡藻，但是綜合精度尚有欠缺。該機(jī)器人定價適中砚粒，其科研版僅26,000美金左右缔沐。

倘若引用BAXTER到噴涂作業(yè)現(xiàn)場，或借鑒BAXTER設(shè)計思路自主設(shè)計噴涂作業(yè)工作站益柳，必將填補(bǔ)相關(guān)市場和科研的空白尊陪。

圖 BAXTER面向工業(yè)制造的仿人機(jī)器人

國內(nèi)在對噴涂機(jī)器人的相關(guān)研究直到近期才逐漸開始，高性能的噴涂機(jī)器人目前還不普及捕谢，大多數(shù)現(xiàn)場應(yīng)用的噴涂機(jī)器人只能實現(xiàn)簡單的段物、基本的預(yù)設(shè)動作，復(fù)雜噴涂軌跡的協(xié)調(diào)運動還未在大規(guī)模工業(yè)加工場合中實現(xiàn)狞洋。除此之外弯淘，推廣噴涂機(jī)器人道路上亦有許多現(xiàn)實問題亟需解決，比如如何合理簡化示教過程吉懊，幫助操作人員迅速掌握編程技術(shù)庐橙，目前各生產(chǎn)廠商已經(jīng)開始研發(fā)基于PC的人機(jī)交互軟件，其設(shè)計目的就是要對機(jī)器人的路徑示教以及涂裝程序的開發(fā)工作進(jìn)行簡化借嗽。另外如何在保證加工精度的情況下态鳖，降低噴涂機(jī)器人制造成本也頗為重要转培，這直接決定了終端企業(yè)購買噴涂機(jī)器人進(jìn)行自動化改造的意愿。

總結(jié)和展望

在我國浆竭，噴涂機(jī)器人扮演著相當(dāng)關(guān)鍵的角色浸须，它對噴涂工業(yè)來說是不可或缺的。它的存在不僅提高了我國噴涂加工生產(chǎn)率邦泄，還優(yōu)化了作業(yè)環(huán)境删窒，保障了作業(yè)工人的健康。在不遠(yuǎn)的將來顺囊，隨著我國制造水平的提升很撩，對于高級工業(yè)制品如汽車、船舶端辛、飛機(jī)零部件咨只，日常生活用品如鍋具不粘涂料和浴缸水槽搪瓷噴涂，以及消費電子的噴涂需求將逐年上升希没。例如在長三角核心城市之一的蘇州械拉，僅其下屬的一個縣級市昆山，就有油漆噴涂企業(yè)100多家腿伟，大小噴涂線400多條鸿铐，每年油漆溶劑使用量就高達(dá)10000多噸。而中國涂料工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)字顯示铣佛，我國涂料產(chǎn)量從2004年的298萬噸黔巨，到2013年的1303萬噸握帘，10年間增長了4倍多袜晌，并且 2012年以前始終保持二位數(shù)的增速。從工業(yè)角度看篱俊，噴涂行業(yè)的需求增長將對“工業(yè)生態(tài)環(huán)境”產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響但惶，而大規(guī)模采用的噴涂機(jī)器人將形成寶貴的“工業(yè)防護(hù)林”。它極大程度保護(hù)了自然環(huán)境免受工業(yè)制造的污染湿蛔，同時通過整合諸多先進(jìn)技術(shù)膀曾，促進(jìn)了社會生產(chǎn)力質(zhì)的提升。

在未來的噴涂機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)展中阳啥，噴涂機(jī)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)共同推動添谊，“工業(yè)防護(hù)林”必將成為中國制造的金字招牌。

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