工業機器人涂膠教學系統的研究分析

【摘 要】隨著工業機器人技術的應用普及，相關專業應用型人才的教學標準、課程開發、實訓設備開發都具有十分重要的意義。本文針對現有工業機器人實訓設備功能單一，缺乏實用性的突出問題。通過對真實汽車生產企業中工業機器人涂膠系統的研究分析，對工業機器人教學系統的集成設計進行了研究分析。體現了 “工學結合，做學一體”的職業教育特色。

【關鍵詞】工業機器人技術;實訓教學系統;系統集成

一、工業機器人行業現狀

近年來，隨著工業機器人技術的發展，人力勞動已經逐漸被機器人所取代，機電一體化、智能制造等技術迅速發展。從事工業機器人裝調和檢修等方面的技術崗位以驚人的速度增加。2019世界機器人大會于9月25日在北京閉幕，根據大會發布的相關數據，當前中國工業機器人市場保持向好發展，約占全球市場份額三分之一，是全球第一大工業機器人應用市場。2019年，中國工業機器人市場規模預計達到57.3億美元，到2021年市場規模預計將突破70億美元。伴隨著工業機器人井噴發展的背后是一個巨大而急切的工業機器人從業人員的人才缺口。屆時，國內工業機器人每年需求量將超過10萬臺，工業機器人應用人才缺口有30萬。人才缺口的不斷擴大，明顯制約工業機器人行業的發展。

自2011年常州機電職業技術學院在全國首開工業機器人應用專業后，各地職業院校緊隨其后。高職高專主要培養工業機器人現場系統設計研發、工業自動化集成等方面的高層次專業技術研發人才。

基于以上研究背景，掌握工業機器人系統安裝、調試、維修和保養的應用型技術人才培養的意義尤為重要。隨著招生規模的不斷擴大，職業院校機器人專業教學設備短缺的問題越發凸顯，現有的實訓教學系統大多功能簡單、學習任務不飽滿且學習內容枯燥，無法滿足教學要求。

二、涂膠技術研究現狀

涂膠是指根據不同的工藝要求把膠漿均勻涂抹在產品表面的一種加工方式。涂膠的目的主要是粘貼固定、提高強力、提升曲撓性能、提升耐腐蝕性能和制造耐高溫的絕緣材料等。隨著技術的發展，傳統的手工涂膠逐漸被涂膠機所替代，目前廣泛應用的涂膠機器，利用電腦程序控制涂膠路徑和出膠量，通過氣壓將膠液噴涂到所需的產品上，使得涂膠的厚度和時間都可以控制，設備操作簡單，采購成本低，大大提升了涂膠的工藝質量。

隨著制造業水平的不斷提升，產品的涂裝質量要求也越來越高。特別是高端產品由于精度高、產品結構復雜以及涂膠工藝復雜等特點，簡單的涂膠機已經無法滿足技術要求。工業機器人憑借其自身靈活性強、動作精度高和柔性化等特點，越來越多的應用于涂膠系統中，使產品的涂膠質量、生產管理以及經濟效益等方面都有了明顯提高。當前，涂膠系統共分為四種：一般涂膠，機械仿真形涂膠機，軟仿真涂膠機，智能涂膠機。

在1999年，北京首鋼莫托曼機器人有限公司首次將柔性化機器人工作站技術，應用于國內哈飛汽車有限公司，這是中國車企第一次把機器人涂膠系統應用到玻璃裝配工藝上，具有里程碑的意義。目前在國內對涂膠機器人研究的機構主要有首鋼莫托曼機器人有限公司、哈爾濱工業大學、沈陽新松機器人自動化股份有限公司、北京機械工業自動化研究所等。近年來，隨著國產工業機器人技術的提高，機器人設備本體的價格都大幅降低，為技術的普及打下了基礎，如圖1所示，是工業機器人車窗涂膠示意圖。

三、工業機器人及其在汽車玻璃涂膠中的應用

當前工業機器人控制系統發展的主要趨勢為系統的開放化、網絡化、基于新型傳感器的智能化、作業的柔性化和多智能體調控等。工業機器人應用最為廣泛的行業是汽車制造業。汽車制造業由于自身高附加值、高科技和高標準的行業特點，使得許多高新技術都應用其中。工業機器人在汽車制造領域中主要有焊接機器人、噴涂機器人、搬運機器人和裝配機器人等。

隨著當代汽車技術的不斷進步，汽車的行駛速度也越來越快。在發生碰撞和緊急剎車等突發事故時，極易產生因擋風玻璃裝配質量問題而造成的車內人員傷害。在汽車總裝的工序中有一個重要項目就是風擋玻璃的裝配，其中包含玻璃密封膠的噴涂和玻璃的安裝。工業機器人應用于汽車玻璃涂膠系統，具有人工無法比擬的優勢，它行動靈巧，可以將玻璃的尺寸誤差沿玻璃周邊均勻分布，而且精度極高，可以對玻璃自動識別、自動拾取和一次性自動對中，極大地提高了汽車的整體質量。

四、工業機器人系統集成

工業機器人系統集成主要是指工業機器人在實際應用過程中，對于工作現場的集成開發。其主要內容包含工裝設備、外部設備、控制系統等。也可以理解為把廠家采購回來的工業機器人通過集成開發變為可以實際生產應用的設備。

工業機器人出廠時僅能實現對工業機器人本體的基本控制和編程，比如按照設定線路移動、根據流程動作和定位等。由于沒有任何外圍設備，工業機器人根本無法進行實際生產使用。要使工業機器人能夠完成實際生產，就必須加裝外圍的配套設備，如夾具、模具、刀具、移動滑臺、翻轉臺和輔助量具等，同時還要裝設外部控制系統，如PLC、傳感器和網絡連接線等，這也就構成了工業機器人系統集成。

工業機器人系統集成設計的一般步驟和方法總結如下：

（1）解讀分析工業機器人的工作任務。工作任務是整個系統集成設計的核心問題，所有的設計都應圍繞其來進行。

（2）合理設計選用工裝設備。在設備設計選用的過程中加工對象的特點、需要達到的工藝標準和工作場地的情況都要綜合考慮。

（3）工業機器人的選型。由于不同品牌的工業機器人價格、控制方式、技術特點和擅長領域都有所不同，所以在此環節要進行大量細致的分析對比，最終才能合理選擇。

（4）外部控制系統的選型與設計。當前工控領域，主要選用可編程控制器（PLC）作為外部控制系統的核心器件，國內外主流品牌有西門子、三菱、安控等品牌，選用時要考慮產品的可靠性、兼容性、安全性和先進性。

（5）系統安裝調試。在安裝調試過程中，要嚴格遵守規范，確保全過程的人身安全和設備安全，保證施工質量。

結合以上系統集成的相關要求和流程，就可以對一般的教學實訓系統進行集成改造。選取典型應用場景，在滿足工藝安裝要求的前提下，綜合考慮場地、經費、教學環節等綜合因素，可以設計出更加符合職業教育特色的工業機器人教學系統。

參考文獻：

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