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一种面向汽车车门喷漆机器人设计

发表时间：2021/7/28 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：张嘉乐彭增龙

[导读] 为解决汽车车门人工喷漆过程中污染环境、危害人体健康的问题，本文主要针对喷漆中存在的这些问题，根据机器人在工作车间内的要求，设计了一种面向汽车车门的智能喷漆机器人。

河南科技大学信息工程学院张嘉乐彭增龙 471000

摘要：为解决汽车车门人工喷漆过程中污染环境、危害人体健康的问题，本文主要针对喷漆中存在的这些问题，根据机器人在工作车间内的要求，设计了一种面向汽车车门的智能喷漆机器人。设计内容主要包括机器人传感器的选择、工作流程设计以及控制系统人机交互设计。经验证，该系统稳定、可靠，满足汽车车门喷漆要求，且操作简单、方便。
关键字：控制系统；传感器；喷漆机器人
        一、设计背景
        1.1设计现状
        目前随着以美国为首的发达国家对喷涂机器人的不断研究，出现了大量不同的喷涂机器人，如仿形喷涂机器人、固定式多自由度喷涂机器人、移动式喷涂机器人、有气喷涂机器人和无气喷涂机器人等等。随着我国经济的快速发展，汽车作为人们的代步、运输工具，得到了广泛的应用。就目前而言，汽车行业在我国已经成为了一个重要的支柱产业。汽车车门喷漆作为汽车制造环节中重要的一环，也因此显得十分重要。
然而目前在汽车喷漆行业中由于自动喷漆设备的落后，许多汽车部件仍以手工喷漆为主。手工喷涂的厚度不均匀、作业效率低。已经不能满足汽车行业对于喷涂质量和效率的要求。致使工件表面涂层起不到应有的保护作用以及美观的效果。可见机器人喷漆技术的研究在保证部件喷涂的质量，以及保障工作人员的健康安全方面均有着重要意义。
        二、设计内容
        2.1传感器选择
        为了保证位置精度，需要为机械臂每个关节选择传感器。机器人内部传感器为增量式编码器。增量式编码器能根据物体的旋转产生电信号，分辨率高，抗干扰能力强。广泛应用于数控机床及机械配件、机器人、自动装配机、包装机械等。
        由于需要控制机器人的喷洒距离，因此还需要一个接近度传感器。接近度传感器主要包括超声波接近度传感器和红外接近度传感器。由于要求喷枪与被喷工件的距离控制在250－300mm之间，并且超声波接近度传感器不能测量小于300－500mm的距离，因此本次设计选用红外接近度传感器。它的接收器和发送器都很小，所以很方便安装在机械手上。
        2.2工作流程设计
        本文设计的汽车车门喷漆机器人自动喷涂系统的工作流程是：通过机器人喷漆视觉识别子系统来实现对汽车车门图像处理、识别定位等工作，获取得到其开始作业的坐标值（Ready点）并以此为整个自动喷涂系统提供喷漆位置信息，将该坐标信息传送到上位机通讯控制子系统，通过坐标信息求解出机器人运动的正反解，进而实现机器人喷漆时的运动位姿，通过上位机通讯控制子系统实现对机器人的控制，通过控制子系统实现整个系统的喷漆、实现给整套自动喷涂系统提供压力，以及喷漆时喷枪工作需要的压力；最后通过控制子系统实现喷枪喷漆时的通断问题，实现对汽车车门的自动喷漆，其工作流程如下图所示。

       2.3控制系统人机交互设计
        控制系统的人机交互部分为控制面板和触屏两部分。控制面板用于控制喷涂机器人的启动和停止、指示灯显示系统的工作状态。LCD触屏可显示和输入喷涂机器人各关节运动参数、系统工作模式设置、手动挡和自动操作、数据保存和读取等。控制流程图如下：

        三、结束语
        在喷涂机器人控制系统方面，本文设计了一套基于PC104内嵌式系统的运算处理功能强，成本低的喷涂机器人控制系统。满足企业成本控制的需要。喷涂方法为静电喷涂式，涂层转移效率高，雾化性好，膜厚均匀，可喷涂复杂工件表面。而本设计中的机械人采用红外接近度感应器来控制喷涂距离。喷涂材料虽然体积较小，但会吸收部分红外，导致测距不准确，校正过程复杂。总体上，机器人采用红外接近度传感器可控制控制喷枪与被喷工件之间的距离为250~300mm，采用的机械臂可以控制喷涂速度≤0.5m/s，采用静电喷涂的方式上漆率为60%~85%，满足上漆率≥60%的要求，汽车车门喷涂效果表面光滑平整、无橘皮、流挂、漏喷等现象，基本满足设计要求。
参考文献
[1]蔡自兴.机器人学基础[M].北京:机械工业出版社，2009
[2]叶超. 基于立体视觉的自动喷漆机器人工件定位系统设计.[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学，2017
[3]苏景存. 基于机器视觉的机器人喷涂技术研究.[D].唐山: 河北联合大学，2013
[4]刘子豪. 圆钢端面喷漆机器人喷涂系统关键技术研究[D].河北科技大学,2019.