噴漆機器人若干關鍵技術研究

儲鍇

【摘 ?要】機器人本質上的設計思路是將人類的優勢和機械充分結合的一種電子機械裝置，本文對噴漆機器人的發展現狀進行分析，通過運動學設計、動力學設計、運動學參數三方面對噴漆機器人若干關鍵技術分析做以深入分析，希望能給相關人員提供有效參考。

【關鍵詞】噴漆機器人;運動學原理;運動學參數

引言

機器人對于環境的反應速度要高于人類，并且具備系統化的分辨能力，可以保持長時間的工作，效率高，對于周圍惡劣環境的干擾程度較小，是一種機械升級所應運而生的產物。機器人的設計包含多種科學原理和理論知識，其中涉及計算機的操作、控制理論、結構學、傳感技術以及人工智能等多種高科技。

1.噴漆機器人的發展現狀

由于目前生產過程都趨于自動化，大多數的制造過程都需要涂裝作業，無論是哪一種制造業都需要對表面進行深層次的噴涂加工，隨著家電、輕工業、汽車制造業的發展，外觀的噴涂質量會影響到最終市場銷售狀況，所以針對此類情況，當今社會對于噴涂技術有了更加嚴格的要求。在傳統的制造業中，大部分的噴涂技術都是主要以人工噴涂為主，但是由于材料帶有化學物質，會嚴重損害工作人員的身體健康，甚至會造成職業病，并且由于人工環節較多，就會導致在噴涂的過程中存有大量的失誤，影響產品銷售質量，與此同時，也造成了公司運行人力資源成本的提升。但是由于科學技術的進步，目前在噴涂領域中逐漸實現自動化，噴涂機器人的運用而生將徹底的減輕噴涂過程中對于工作人員的依賴程度，減少公司對于人力資源投入的成本。噴涂機器人的主要優勢就是能夠精確、均勻的噴涂產品，很少出現失誤情況，整個流程呈現一種流線的狀態，在保證質量的同時也會不受化學產品的影響。另外，因為機器人的運行狀態主要是經過計算機的控制實現流程化操作的，工作人員對其這個噴涂環節的修改主要是通過修改程序從而管控機器人，所以可操控度以及靈活度較高[1]。

2.噴漆機器人若干關鍵技術分析

2.1運動學設計

因為噴漆期間，需要機器人保持長期的工作狀態，所以為保證噴漆環節中的質量和效率，就需要在操作時，嚴格把控噴槍的運動軌跡以及姿勢的角度。另外，因為噴漆工作主要是將油漆類的化學物質經過霧化處理之后，均勻的噴施在整個零件的表面上，但是在晾干的過程中，由于物件上方有一層粘性油漆，較為脆弱，所以就需要在調整機器人運行規律時，處理好機器人設備連接的管線，以防止管線的刮蹭，從而破壞最后的產品質量。針對上述情況，需要著重調節其運動功能，在機械臂的裝置中，使用率較為頻繁的是旋轉關節和直移關節，生產流程需要每一處關節都要有獨立的可操作性，共分為三個結構形式。第一，直角坐標型，整個關節的裝置為PPP形式，每一個關節軸線都需要保持一種垂直的狀態，可以視為笛卡爾坐標系中的不同坐標軸，彼此可獨立操作，對其的管控較為簡單。第二種，圓柱坐標型，此環節設置為RPP形式，R關節末端的操作器在運行的過程中可以呈現一種圓弧的運動狀況，采用第一個p關節，將尾端的運動范圍轉換為圓柱面，在第二個p關節中，能夠轉變此圓柱面的直徑，從而調整整個運動的過程。第三種，球坐標型，此裝置為RRP形式，其中會有兩個R關節操控尾端執行器，總體呈現一種圓球面狀的運動，P關節能夠更改整個球面的直徑，從而利用此種方式管控總體操作。

2.2動力學設計

噴涂機器人的主要服務對象大部分都是一種曲面性結構的產品，通常存在不規則性，最主要的工作任務就是對產品的內部以及外部做以噴漆作業，所以以上的操作步驟就需要此機器人能夠在工作過程中對物體的每一個表面均勻的噴施。因此在制作過程中，有關工作人員都需要針對機器人的手腕部位運動狀況進行反復的調節，從而實現可以在較小的區域中靈活的運動，同時為防止均勻的噴施，還需要工作人員著重調節器內部的碰撞感應。在設計運動學的環節，應當事先確定人桿運動學參數，才可以進行下一步驟的遞推關系計算，而后判斷關節處于運動時其余桿件的運動狀況，并計算出此過程的反約束力。只注重給定外載荷時，機器人相應的關節就會保持在最大的關節約束狀態，此過程通常會被稱之為動力學參數。需要根據實際情況整體性修改機器人，從而實現區域上的升級，此種設計思路需要建立以大量的實驗為基礎。現階段，機器人的設計過程都是結合計算機設備，通過三維建模而實現的，以solid edge為例，設計尾端桿件和相關的零件，并在進行設計的環節中，把控設計元件上的原點，安裝手爪區域上的基面，將其中心位置視為設計的標準點，并與周圍的環境相契合，調整尾端桿件的位置[2]。

2.3運動學參數

機器人尾端執行裝置的準確度是通過控制器和計算器中對于幾何參數得以實現的，要想提升裝置的準確程度，需要采用標定的方式從而調整機器人的幾何數據，然后將通過計算之后的結果轉換到實際的運動學建模中。針對機器人整個噴漆運動的狀況而言，噴槍運動軌跡會影響最后產品噴施的質量和效率，基座的坐標和工件的坐標區域固定之后，機器人的噴槍相應的零件運動軌跡就取決于機器人自身的運動精確程度。所以，要想提升機器人運作過程中減少出錯率，就需要對多個元件的運動軌跡進行把關，控制多個零件的運行狀況和數據參數，從而提升整個機器人運作的質量和精準程度。另外，針對機器人的離線編程技術實用化的層面進行分析，噴漆機器人的標定也會影響著整個操作流程。標定通常情況是指通過現代化的測量和模型數據計算的方式判斷機器人模型的數據信息，在此過程中能夠實現提升運作的精準度。此結果是被識別之后的機器人數據，可以有效提升機器人工作的質量和效率。此過程涉及到建模、計算、測量以及誤差補償，以上方面會在實際操作中形成一個整體，通過數據建模之后，借助測量固定機器人的姿勢，將參數識別的方式帶到機器人運動過程中，并得到一個數據的誤差狀況，實現對機器人的模型修改。

結論：隨著時代的發展，目前在制造噴涂機器人的過程中會涉及到大量的科學理論，并針對其運動的規律，反復調整內部互動參數，對于技術人員的需求較高。在運行的過程中，需要多種技術的支持，其中最主要的就是運動學、動力學以及運動學參數的總結，只有靈活的掌握其中技術才會保證噴涂機器人的正常運行。

參考文獻：

[1]曹仁俊.噴涂機器人工作站的研究與實現[D].安徽工程大學，2019.

[2]王澤龍.涂裝噴漆機器人仿形離線編程仿真技術應用探究[J].現代涂料與涂裝，2019，22（02）：34-37+40.

（作者單位：浙江銀輪機械股份有限公司）