以汽車門為例的噴漆機器人軌跡設計

周斌斌

（嘉興技師學院，浙江 嘉興 312000）

0 引言

隨著科學技術水平的不斷提高，世界范圍內智能工業機器人技術發展尤為迅猛。目前，我國已成為世界上使用工業機器人數量最多的國家，并且工業機器人生產數量也保持世界第一。在汽車生產線中，工業機器人承擔了較多的自動化生產任務，從而減少了生產線中的人工站位數量，例如完成車門噴漆、車身焊接、車窗涂膠等操作。未來，工業機器人將取代更多人工站位，實現全面自動化和智能化操作，提高生產效率的同時，可以保持產品的一致性，綜合提高產品質量。

噴涂機器人能夠代替人類從事噴涂工作，減少漆類產品對人體的傷害，同時，能夠有效提高噴涂效率。以汽車門為例的噴涂機器人軌跡設計，是提高噴涂效率、減少噴涂軌跡重疊、避免重復噴漆和不均勻噴漆的有效途徑。本設計以一種車型的車門噴涂軌跡為例，闡述了軌跡劃分方法和程序編寫思路，為提高噴涂效率提供一定的參考。

1 噴漆工業機器人

噴漆機器人又稱為噴涂機器人，其功能是在一個6自由度工業機器人上安裝一個噴涂工具，通過與噴涂漆料和電磁閥等元件的配合，實現在一定范圍內對某噴涂對象實施噴漆的操作。

在以往的汽車生產線中，噴漆常以人工操作為主，噴漆工人屬于特殊工種，在噴漆工作環境下必須身著相應的服裝并戴防毒面具，即便如此，人類也無法長時間內在噴漆環境下工作，否則會對人體產生致命危害。據相關數據可知，長期工作在噴漆環境下的工人，患癌癥幾率高于常人，并且常伴有頭暈、惡心、乏力等癥狀。因此，從“以人為本”的角度，采用工業機器人代替人工操作，有助于保護人類身體健康不受侵害。

此外，從工藝和噴漆質量角度，即便是經驗豐富的噴漆工人，其噴漆作業常出現漆面不均勻、漆料浪費較多等缺陷，影響產品質量。此外，人類長期工作會積累疲勞感，對噴涂效率影響較大，不利于產品的一致性操作。因此，從噴涂效率和噴涂質量的角度，采用工業機器人代替人工操作，有助于保證產品噴涂效果、提升噴涂效率，同時工業機器人沒有“疲勞感”，可以在長時間持續運行的過程中保證噴漆的一致性。

2 以汽車門為例噴涂軌跡設計

2.1 噴涂工具

噴涂機器人一般采用六軸（六自由度）機器人，垂直固定于地面，其基坐標與大地坐標一致。機器人第六軸固定一個噴槍作為噴涂工具，噴槍功能分為霧化和送料。其中送料是通過電磁閥將漆料從漆料罐內運送至噴槍口；霧化的作用是將漆料均勻分散噴涂。通過不同的霧化度調節和噴涂距離調節，實現噴涂質量的控制。

2.2 車門軌跡分析

汽車車門有一部分面積為車窗面積，噴涂工序在安裝玻璃之前，噴漆時為避免漆料浪費，同時減少噴涂時間，噴涂軌跡必須繞過車窗位置，但還必須保證車窗邊沿受漆均勻。根據不同車型車門噴漆的工藝不同，每一扇車門噴涂次數不同，但無論噴涂幾輪，每一輪噴涂的軌跡基本一致。本文就一輪噴涂的軌跡進行設計與實踐。

如圖1所示為汽車前門噴涂軌跡點示意圖。該示意圖中所有軌跡關鍵點均為噴涂工業機器人工具噴槍位置點。噴涂前，工業機器人噴涂工具首先移動到Ready點，在移動至Ready點前噴槍關閉，即不霧化、不送料；到達Ready點后，機器人噴槍開始先進行霧化操作，霧化一段時間后（該事件也需要根據實際現場情況調試而定），噴槍開始送料，待漆料完全霧化散開后，直到運行到第一輪結束點之前，噴槍始終進行噴涂操作。

噴槍在Ready點霧化送料穩定后，噴槍運動到A點，開始噴涂車門。從A至E點，是明顯的弧線，此處在軌跡劃分時，將A-C劃分為1個弧線，將C-E劃分為一個弧線。其中，在A-C弧線中，B為弧線中點；在C-E弧線中，D為弧線中點。當噴槍從A經B、C、D以弧線軌跡運行至E點后，再以直線軌跡運行至F，完成車門上沿邊緣的弧線噴漆。隨后，均以直線軌跡進行噴涂，在噴涂后視鏡部位時，按照F至G至E再至H點。完成后視鏡區域噴涂后，從H點噴涂至I點，再向A點噴涂，隨后噴涂至J點，將汽車車門車窗邊緣噴涂完畢。

隨后進行車門剩余部分的噴涂作業。車身剩余部分噴涂的軌跡均以直線軌跡運行（忽略車門邊緣弧線軌跡），整體自上而下、左右噴涂。首先從J點向下移動至K點，然后向L點直線運行；當噴涂達到L點位置后，噴槍向下移動至M點，隨后直線運行至N點，以此類推，直至噴槍從Y點移動至Z點，完成本輪噴漆操作。完成車門噴漆后，噴槍瞬時移動至End點，在該點停止噴槍霧化和送料操作，若噴涂作業結束，等待下一扇車門進入噴涂區域；若噴涂全部完成，工業機器人進行動作復位。

若進行多輪噴涂，則噴槍再次移動至Ready點，循環噴涂。在軌跡運行時，ABB工業機器人程序編寫時共有四種移動方式。本設計中車門軌跡噴涂中，在工業機器人復位時，運用絕對關節運動指令；在工業機器人運行至Ready點和End點時，采用關節運動指令；在車門上沿弧線噴涂采用弧線運動指令；在車門其他部位噴涂時，采用直線運動指令[1]。

圖1 汽車前門噴涂軌跡點示意圖

2.3 程序設計

ABB品牌的工業機器人常見的移動指令分為四種[2]，關節運動指令為MoveJ、直線運動指令為MoveL、弧線運動指令為MoveC、絕對關節運動指令為MoveAbsJ。指令格式中，關節運動和直線運動格式相同，以直線運動為例：

MoveL P10 V100 Z10 tools；

其中，P10為移動目標位置點；V100是運行速度，當前速度是指工業機器人在全速運行狀態下，速度為100 mm/s，噴涂速度要以實際運行調試情況為準；Z10為運動軌跡倒角，當距離目標點還有10 mm時進行弧度轉角運行至下一目標點；當Z10改為fine時，無倒角，直接到達軌跡點；tools是以工具坐標作為參考坐標系。

弧線運動指令格式為：

MoveC P20 P30 V100 fine tools；

其中，P20為弧線中間點，P30為運動目標點，在運行MoveC指令時，從執行前一個點首先運行至弧線中間點P20，再完成后半段弧線移動至目標點P30。指令格式后半部分與MoveL一致。

根據圖1軌跡點，從點Ready移動至G的軌跡程為：

MoveJ Ready V100 Z10 tools；

Wuhua_Start（）；!開啟霧化

Songliao_Start（）；! 開啟送料

MoveJ Ready V100 fine tools；

MoveL A V100 fine tools；

MoveC B C V100 fine tools；

MoveC D E V100 fine tools；

MoveL F V100 fine tools；

MoveL G V100 fine tools；

3 結束語

汽車生產線中對車門噴漆的形式多種多樣，根據不同噴漆工藝和噴涂機器人，其軌跡運行方式和編程方式也不盡相同。今后，噴漆工業機器人不僅在汽車零件的噴涂中應用更廣，在其他生產行業中應用前景也十分廣闊。