機器人在拖拉機底盤涂裝中的應用

楊大芳， 謝富明， 戈廣嶺

（第一拖拉機股份有限公司，河南洛陽471001）

1 機器人噴涂系統概述

目前，機器人已廣泛應用于汽車涂裝生產。采用機器人涂裝不僅節省了大量人力和財力，同時提高了產品質量和工作效率。但相對于手工噴漆，機器人系統復雜，只有正確應用和有效配合，并采取必要的安全保護措施，才能使其優勢充分發揮，帶來更大的效益。

在現代化的汽車涂裝生產中，機器人是不可缺少的設備之一。汽車涂裝工藝中采用機器人噴涂，具有很多優勢，如機器人能做到操作工難以適應的高強度、快節拍連續噴涂；能夠適應對人體有害的噴漆操作，有效避免了噴涂作業對噴漆工人所帶來的身體傷害；能夠使噴涂過程更精確，有效保證產品漆膜的一致性；能夠有效提高油漆利用率，減少油漆消耗。采用機器人代替人來完成噴涂工作，不但可以節省人力及材料消耗，而且還能大大提高工作效率和產品質量。基于這些優點，公司決定在大輪拖底盤涂裝線采用機器人自動噴涂系統。

2 拖拉機底盤機器人噴涂系統組成

機器人自動化噴涂系統，在國內還是首次被使用到農機行業。它的投產為建設我國農機自動化生產奠定了堅實的基礎。它運用了先進的電機變頻、伺服驅動技術，氣動控制技術，光電控制技術，現場總線技術，PLC控制技術和計算機控制技術等。

機器人噴涂系統是由多個子系統組成的復雜自動控制系統，只有當各子系統相互配合才能完成自動噴涂工作。大輪拖涂裝線噴涂系統包括FANUC防爆噴涂機器人P-250iA，噴涂工藝控制柜（PCE），噴涂系統控制柜（SCC），AVX自動混氣噴槍，集中供漆系統，射頻識別系統（RFID）及配套工藝設備。

拖拉機底盤涂裝系統主要采用4臺P-250iA機器人來完成底盤面漆的自動噴涂，機器人噴漆系統具有降級、防撞和在線跟蹤等功能。生產時機器人系統通過成對的光電開關來判斷底盤的各種信息；同時該系統能夠自動接收來自識別系統或人工手動輸入的待噴涂底盤信息，并將收到的信息與預置的數據庫進行比較，最后將當前的噴涂信息分別傳遞給4臺機器人執行。當機器人出現故障時，操作工可手動將故障機器人移動到BYPASS位置，并將該機器人退出生產模式，機器人系統將自動調取降級程序讓其他正常的機器人執行，更好地保證了拖拉機的連續性生產，噴涂機器人布局示意圖見圖1。

圖1 噴涂機器人布局示意圖

機器人采用地面固定底座安裝，底盤吊掛在驅動鏈上，由驅動站驅動鏈條而使拖拉機底盤以一定的速度移動，當底盤運行到機器人工作區域時，機器人自動調用預置好的軌跡程序來完成底盤的噴涂。在輸送鏈上裝有編碼器，編碼器旋轉時產生脈沖信號，該脈沖信號傳遞給機器人控制柜和PLC的高速計數器；由于每個脈沖對應的移動距離為固定值，根據檢測到的脈沖數即可計算出底盤移動的具體距離。生產時，當底盤移動至機器人噴涂工位并碰到機器人啟動的光電開關后，機器人就能準確檢測到車身的具體位置，實現機器人對底盤的位置跟蹤。

3 機器人噴涂自動識別系統

自動化連續生產通常與在線機型識別系統是分不開的。拖拉機底盤涂裝生產采用了射頻識別系統來實現機器人的自動化生產。系統通過寫入和讀取底盤吊車上的存儲器信息來為機器人提供信號輸入，當底盤觸發機器人啟動光電開關時，識別系統將讀取該底盤信息并發送給機器人執行。由于拖拉機底盤配置繁多，且拖拉機底盤生產按照用戶訂單進行生產，而噴涂軌跡程序又需要按照用戶訂單上底盤配置進行組合，這造成了系統無法自動識別并進行組合出對應底盤的噴漆軌跡程序。因此，我們需要通過人工排列組合的方式來完成拖拉機底盤噴漆軌跡程序，并將常用的噴漆軌跡程序都預置到機器人系統中，再按照排列組合方式將機器人噴漆軌跡程序與對應拖拉機底盤型號預存入射頻識別系統的數據庫中。在生產中，由射頻識別系統來判斷并給機器人發送當前被涂底盤的軌跡程序號，從而實現了拖拉機底盤的全自動涂裝生產。因此我們需要按照生產訂單及時維護機器人系統中的噴涂程序和射頻識別系統中的機型程序關系數據庫信息，以保證射頻識別系統與機器人噴涂系統相適應，最終達到全自動噴涂的目的。對于未預先維護的特殊機型，需要采取人工手動輸入程序號的方式來臨時更改噴涂程序，避免系統在沒有找到相關機型程序的情況下而出現漏噴的現象。

4 機器人噴涂系統程序編制

在噴涂過程中，機器人需要控制噴槍與拖拉機底盤被噴涂表面保持正確的角度和恒定的距離，同時需要確定噴槍的運動軌跡和相應的噴涂參數。因此在硬件布置到位后，要想實現自動噴漆，就必須要預先編制好符合對應底盤外部輪廓結構要求的噴涂軌跡程序。為了能編制出準確的噴涂軌跡程序，通常采用現場示教的方式。按照混氣噴槍及水性油漆噴涂要求，選擇噴幅在200～300m和50%的噴幅搭接率進行噴涂軌跡示教。再根據生產節拍的不同，分別調整噴涂的走槍速度、流量及扇幅以達到底盤面漆的漆膜質量。機器人噴涂拖拉機底盤示意圖如圖2。

圖2 機器人噴涂拖拉機底盤示意圖

要實現自動化流水線生產就必須編制各種機型的噴涂軌跡程序；要在結構復雜、批量小、品種多樣化的拖拉機底盤生產中使用機器人自動化噴涂，就需要編制出每種機型相應的噴涂程序；這也正是實現不斷變化產品的柔性化自動化連續生產的關鍵。采用示教模式編程時需要每種機型的底盤樣件，而底盤是根據用戶訂單所選配置進行生產的，因此每天都會有很多新增機型的可能，這為實現各種機型噴涂軌跡程序的編制帶來了很大的難度。

要保證機器人的連續生產，就需要我們尋找更合理的軌跡程序編制方法。根據拖拉機底盤結構，我們需要對拖拉機底盤進行歸類，分別對拖拉機底盤各配置部件進行模塊化編程。再通過組合各模塊程序來完成拖拉機噴漆。即當用戶訂單上需要的拖拉機底盤配置發生變化時，我們可以調換變化部件的程序塊以適應不斷變化的復雜結構拖拉機的小批量連續生產。在噴涂程序的編制過程中，首先采用離線編程的方式，對各個型號的拖拉機底盤各個部件進行編程（離線編程如圖3所示）。然后進行機器人噴漆試運行，在實際運行中調整不合理的噴漆軌跡。再分別對調整好的程序進行備注，要求將各部件與該部件的噴漆軌跡程序對應。最后按照生產中的拖拉機底盤配置進行組合來完成整個底盤的噴涂。當我們把拖拉機各種配置各個部件的機器人噴涂程序都編制完成后，不管用戶選裝什么配置，我們都可以通過更換或調用對應配置的噴涂程序來實現程序的快速編制。

5 結語

機器人的全自動噴涂生產線實現了拖拉機底盤的精確噴涂和環保涂裝。機器人噴涂大大提高了噴涂精度，保證了拖拉機底盤油漆質量，減少了油漆的損耗，更重要的是有效避免了噴涂作業對工人的傷害。

自從該涂裝線投產后，大幅度地提高了拖拉機底盤面漆噴涂質量。改善了拖拉機底盤外觀質量，為拖拉機用戶提供了更高品質的產品，更為我廠創造了更大的經濟效益。拖拉機底盤機器人噴涂系統的應用，使我廠實現了拖拉機底盤涂裝生產的自動化，使我國拖拉機生產的自動化水平得到了巨大的提高，對我國農機向國際先進農機發展具有重大的意義。