中圖分類號:TP23 文獻標志碼:A 文章編號:1671-0797(2025)14-0056-04
DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.14.015
0 引言
工業機器人憑借著通用性強、靈活性高、可編程等優點,在中國智能制造領域占據著舉足輕重的地位,但很多情況下,單純地通過示教點位手動編程噴涂,不僅操作復雜煩瑣,而且耗時較長。尤其是在工業機器人傳統噴涂行業[1],當待噴工件的類型更換后或噴涂位置發生改變時,需要重新示教噴涂軌跡,大大降低了自動化應用效率。而通過工業相機拍照獲取圖像,利用搬運機器人和噴涂機器人進行多機器人協作,并根據視覺系統處理的噴涂輪廓坐標完成智能化噴涂,比較傳統示教噴涂方式,提高了工業生產效率且具有實用價值[2]。
1 噴涂工作站總體方案設計
噴涂工作站需實現以下功能:搬運機器人從待噴涂區取料,到達相機拍照區,等待視覺系統采集圖像,并對噴涂圖案進行預處理,輸出噴涂坐標給噴涂機器人。噴涂機器人完成噴涂后,搬運機器人將加工好的成品搬運放置于成品區,完成周期性循環。
根據以上需求,硬件選型如下:
工業相機選用海康威視MV-CAD60-11GM,該相機為基礎型面陣相機,噪點較低,圖像質量優異,最高幀率可達17fps。
噴涂機器人選用IRB52-12-700-1005。該款機器人被稱為“緊促型噴涂專家”,其體型小,工作范圍大,柔性與通用性強,能減少涂料消耗。
搬運機器人要求時間節拍短且穩定,能與噴涂機器人完美協作,選用IRB2800ID-8-200。該型號工業機器人有較大的載荷能力,能最大限度縮短時間節拍,提高上下料效率,提高綜合作業的產能。
搬運機器人與噴涂機器人均為中型機器人,負載相對較大,均選用標準型控制柜。兩臺機器人協同工作,工作區域有部分重疊,為確保安全,均需開通608-1WorldZones區域監控功能選項,該選項可以安全監控并消除兩臺機器人相撞的可能性。
機器人輸入、輸出信號較多,如安全監控信號、傳感器檢測信號、吸盤開關信號、噴槍開關信號等。搬運機器人均為數字量輸入、輸出,選取DSQC652IO板卡,該板卡有16路數字輸入、16路數字輸出。噴涂機器人涉及模擬量輸出控制,如噴涂流量控制為模擬量輸出控制,選取DSQC651IO板卡,該板卡有8路數字輸入、8路數字輸出、2路模擬量輸出。
噴涂機器人需開通616-1PCInterface選項,該選項是ABB工業機器人使用Socket通信的前提,它允許機器人系統通過TCP/IP網絡協議在各臺計算機之間傳輸應用數據,從而實現機器人系統與視覺系統的通信,傳遞噴涂軌跡信息。
本工作站是由視覺系統進行噴繪輪廓識別,生成噴涂坐標,噴涂機器人根據坐標數據,實現智能化噴涂。考慮到噴涂要求視野好,識別范圍廣,光源環境穩定,相機為固定安裝,不跟隨機器人TCP(ToolCenterPoint,工具中心點)運動。機器人有一定的工作空間,超出工作空間機器人系統會報限位或者軸配置錯誤,影響正常的生產節拍。因此,需進行空間布局驗證,以便機器人順利到達各個取料和放料位,并順利完成噴涂工作。噴涂系統總體方案及工作空間驗證如圖1所示。
2 噴涂工作站視覺系統設計
當搬運機器人將待噴涂廣告牌搬運至噴涂區時,機器人系統發出拍照信號給視覺系統,觸發相機拍照,相機拍照采集圖像。
OpenCV是一個跨平臺計算機視覺和機器學習軟件庫。視覺系統采用Python語言,并調用OpenCV等庫文件。當工業相機拍照采集到圖像后,運用OpenCV將彩色圖像進行灰度化等預處理,獲取圖像輪廓及其幾何特征信息。
識別的圖像輪廓返回到輪廓數組contours。由于噴涂每一條輪廓之后噴涂機器人需關閉并抬起噴槍,故需記錄總線條數和每一條輪廓內有多少個點;每一個contours元素中包含一條輪廓所有點的x、y像素坐標,按照順序每10個像素記錄一個點。數據轉換處理后存儲在array數組中,通過socket通信發送給機器人。噴涂工作站視覺系統流程如圖2所示。
3 噴涂工作站機器人系統設計
噴涂工作站機器人系統,第一步,需先判斷兩個機器人的工具坐標原點是否在各自的pHome點;第二步,搬運機器人移動至取料區取待噴涂品,放置在噴涂位置上;第三步,觸發相機拍照,視覺系統將噴涂軌跡信息發送給噴涂機器人;第四步,噴涂機器人根據視覺系統發來的信息完成噴涂后回到初始位置;第五步,搬運機器人將噴涂完成品從噴涂區取料到噴涂成品放置區,完成周期性循環。整個噴涂工作站機器人系統工作流程如圖3所示。
機器人程序設計采用了主程序調用子程序的方式進行編程設計。根據流程圖規劃,添加了rInitialize初始化程序、pHome點判斷程序、取放料程序、安全區域監控程序、節拍測試程序以及合理的寫屏與人機交互程序。部分關鍵性程序如下:
1) PROC Main( 2)rInitialize;\\初始化 3)WHILEDo5_Safety=1DO 4)WaitSyncTasksync1,task_list_2_1;\\搬運機器
人通信 5)rClinent;\\相機通信 6rCalculate;\\噴繪點位計算 7)rPengtu;\\噴涂 8)MoveJ pHome_1,Max_speed,z50,pengqiang_2\
WObj
wobjo;\\回安全點 9)WaitSyncTasksync2,task_list_1_2;\\搬運機器
人通信 10)ENDWHILE 11)ENDPROC


4噴涂工作站系統調試及驗證
4.1 視覺處理及輸出
搬運機器人將待噴涂件搬運到噴涂位置,拍照信號觸發,噴涂的圖案傳到視覺系統中做預處理,灰度化處理和預處理完成圖像如圖4所示。
圖片預處理后識別輪廓,輸出像素坐標值傳遞給機器人系統。
4.2 機器人智能噴涂仿真調試
基于RobotStudio軟件開啟機器人socket通信,進行Smart組件仿真時,視覺系統IO信號連接Smart組件系統IO信號,Smart組件系統IO信號再與機器人系統的IO信號進行連接,從而實現視覺系統IO信號與機器人系統IO信號的連接,再進行仿真調試驗證。
仿真調試實現如圖5所示,搬運機器人從半成品區取待噴涂品,穩定地放置在待噴涂區,相機完成拍照,將視覺數據傳遞給噴涂機器人,噴涂機器人完成噴涂后,搬運機器人將噴繪好的成品搬運至成品區廣告牌放置架上,以此類推,實現周期性循環。
5 結束語
本文針對傳統的噴涂工作站操作煩瑣且耗時較長、效率較低問題進行改進和創新,基于搬運機器人和噴涂機器人協作并融合視覺技術,能快速識別噴涂軌跡并進行噴涂作業,擺脫了傳統噴涂方式的桎梏,實現了智能化高效率的生產。



[參考文獻]
[1]萬燕英.噴涂機器人軌跡編程技術綜述[J].科技資訊,2024,22(3):39-42.
[2]斌,潘敬鋒,李元,等.智能噴涂機器人編程方法與遙操作技術研究綜述[J].控制與決策,2025,40(4):1057-1078.
收稿日期:2025-04-16作者簡介:李皓 (1985-) ,男,湖北武穴人,講師,工程師,研究方向:智能控制及智能制造。
