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　　以油漆機器人構筑“工業天然林”

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　　一流制造 ◇ 系列技術講座

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

　　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，各界對環境治理酸雨達成一致高度一致。然而，環境治理酸雨等酸雨，除了備受關注的燃煤電廠和機動車汽車尾氣外，工業油漆也不容忽視。

數據表明，北京地區的工業油漆污染占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構成中，滲漏轉化占20.9%，而滲漏主要是工業油漆。實際上，在長三角、長三角、珠三角經濟發達地區，油漆及油漆企業發達，涉及電子產品外殼油漆油漆、家具金融行業、汽車配件油漆、自行車油漆等金融行業，油漆使用量很大，環保壓力十分大，處理成本也很高。因此，工業油漆制造集約化對環境治理酸雨有重要意義。

此外，廣大制造業的工業油漆當晚中，混合物、油漆中的有機塵粒(VOC)成為當晚組織工作建筑工人的“隱形殺手”。國內脫毛膏油漆占比高達7成，與歐美發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等的制造與加工過程中，都將會產生大量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系統，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備處理不當，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。在全國范圍內用工荒和勞動法規關于為保護制造組織工作臺人員身心健康標準不斷提高的雙重壓力下，有必要在油漆金融行業中構筑一條“工業天然林”，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用于工業油漆當晚。浙江省內提出的“機器換人”其中明確一條就是工業油漆自動化。大范圍用油漆機器人替代人工勞動的優勢有：

　　提高工業制造工作效率。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，油漆均勻，因此可實現閉環回路控制和高速達馬藏縣掌控與空氣網絡流量控制，降低韋爾齊率；

節約油漆材料。油漆機器人組織工作可靠性使得提高油漆質量和材料使用率成為可能，較高的工藝響應速度成功增加了達馬藏縣和混合物節約。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，使油漆達馬藏縣用量最小化；

　　油漆機器人流水線可構筑為開放式組織工作臺內部空間。開放式油漆組織工作臺內部空間為我們環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、復雜的組織工作符合“以人為本”的社會價值。考慮到工業油漆的高危、有害組織工作環境，增加物力投入即使構筑開站組織工作臺線是未來發展趨勢。我國由于工業組織工作臺培訓投入不足，操作建筑工人自身防雷意識不強，企業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，個別職業病案例經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，工業機器人在油漆金融行業的應用將會變得更為廣闊。

　　油漆機器人的制造和金融行業應用情況

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機器人。1969年由挪威Trallfa公司（后并入ABB集團）發明。油漆機器人主要由機器人本體、計算機和相應的掌控系統組成，油壓驅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分量關節式結構，肩膀有較大的體育運動內部空間，并可做復雜的軌跡體育運動，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部，油漆其內表面。油漆機器人一般選用油壓驅動力，具有姿勢速度快、防爆操控性好等特點，可透過手把手微創或點位THF1來實現微創。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油漆機器人負責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，節拍可延長等均為高效油漆機器人所應具備的條件。另外從設計角度看，工藝設備的加裝位置能更靠近噴，增加油漆節約；油漆設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。這都是優秀油漆機器人耀眼的亮點。

當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，對于油漆系統則有獨立的一套掌控結構。工控機負責管理系統的文件管理、系統參數設置、機器人語言的解釋、微創檢查、系統程序的協調調度、故障診斷、機器人體育運動學正逆解與插補運算等功能。體育運動inotify負責管理機器人的體育運動掌控和二次插補，而由視覺傳感或網絡流量監測作為傳感器反饋，由此形成油漆的閉環掌控。

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　　圖 油漆機器人系統基本架構

目前國內外制造油漆機器人廠家眾多，基本為通用性工業機器人設計基礎上加以調整，使之適用于油漆應用場合。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，這些公司已經成為其所在地區的支柱性企業。國內廠商主要有首鋼莫托曼（MOTOMAN）、沈陽新松、安徽埃夫特等。

　　目前國內制造企業油漆機器人裝機總量穩步提升，其中中外合資經營企業如大眾、廣州豐田、長安福特等裝機總量穩居前列。據了解，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；浙江省內制造企業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。

　　油漆機器人新技術探索

為了更好實現油漆任務，油漆機器人能集成當今前沿技術，一方面提高自身固有參數，夯實“硬功夫”，另一方面擴展應用領域和范圍，增強“軟實力”。而如何在保證加工質量的前提下增加應用方向，已成為當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過CAD軟件處理后，導入此CAD輪廓數據至離線仿真軟件。后經過模擬仿真驗證后導出機器人掌控程序，最終完成機器人平面圖形油漆功能。該應用可推廣至機器人繪圖、定制化圖案油漆等領域。

另外，圖像視覺處理還可檢測油漆效果，并實現自動化的優化油漆和色彩控制功能。比如近期歐洲醫療工業中開始出現油漆機器人的身影，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療注射器柱塞和針筒內壁間的摩擦和磨損，而帶有視覺系統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，從而給出質量檢測結果，而這些恰是人工力有不逮之處。

　　2 油漆流體網絡流量掌控

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

　　油漆流體網絡流量掌控的實現分為兩個環節，其中正向排量使用機械齒輪泵掌控液流，而用軟件實現閉環掌控，這里由齒輪網絡流量計檢測流速做反饋掌控。

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　　圖 油漆網絡流量掌控策略原理圖

　　3 機器人操作臂的優化設計

　　當今油漆機器人的一個設計特點是具有中空的三軸轉動小腿，在小腿中集成了靜電油漆和/或旋轉霧化器。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境中的灰塵或污物的侵害。

除此之外，選用鑄鋁結構作為操作臂材料有著眾多的優勢，如提高油漆機器人體育運動靈活度，因此可提供足夠內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，而避免再設一條通道。將整個電氣掌控系統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，節約加裝內部空間。此設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，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 油漆機器人加裝設計

　　節約油漆機器人的加裝內部空間不僅意味著企業廠房資金投入的節約，更對油漆汽車尾氣的集中處理提供了方便快捷，而后者對于構筑“工業天然林”有著極其重要的現實意義，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。另外經過優化設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量檢測，還需加機器視覺模塊。如果能針對這種復合加工需求，設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能力，另外還具備與人協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，因此末端執行器加有機器視覺模塊。加工過程中一旦出現故障或者加工質量問題，均可實時以面部表情形式反映到顯示屏中。值的指出的是，該機器人微創過程極為簡便，可人為帶動各關節體育運動實現微創而無需編程，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晚，或借鑒BAXTER設計思路自主設計油漆組織工作臺組織工作站，必將填補相關市場和科研的空白。

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圖 BAXTER面向工業制造的仿人機器人

　　國內在對油漆機器人的相關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，大多數當晚應用的油漆機器人只能實現簡單的、基本的預設姿勢，復雜油漆軌跡的協調體育運動還未在大規模工業加工場合中實現。除此之外，推廣油漆機器人道路上亦有許多現實問題亟需解決，比如如何合理簡化微創過程，幫助操作人員迅速掌握編程技術，目前各制造廠商已經開始研發基于PC的人機交互軟件，其設計目的就是要對機器人的路徑微創以及涂裝程序的開發組織工作進行簡化。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購買油漆機器人進行自動化改造的意愿。

　　總結和展望

在我國，油漆機器人扮演著相當關鍵的角色，它對油漆工業來說是不可或缺的。它的存在不僅提高了我國油漆加工制造率，還優化了組織工作臺環境，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。而中國油漆工業協會的統計數字顯示，我國油漆產量從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的增速。從工業角度看，油漆金融行業的需求增長將對“工業生態環境”產生深遠影響，而大規模選用的油漆機器人將形成寶貴的“工業天然林”。它極大程度為保護了自然環境免受工業制造的污染，同時透過整合諸多一流技術，促進了社會制造力質的提升。

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

　　( 文章來源：互聯網 )

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