梅雪川 葛光軍 林粵科 陳天豪

涂膠機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

梅雪川 葛光軍 林粵科 陳天豪

（廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司中央研究所，廣州 510700）

本文在介紹涂膠機(jī)器人的發(fā)展過程及現(xiàn)狀的同時，對計(jì)算機(jī)仿真、機(jī)器人涂膠工藝、膠線質(zhì)量控制等方面技術(shù)進(jìn)行了綜合論述，并從多涂膠機(jī)器人與外圍設(shè)備的協(xié)調(diào)控制技術(shù)和多傳感信息智能融合技術(shù)等方面探討了涂膠機(jī)器人的發(fā)展趨勢。

涂膠機(jī)器人 智能化 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢

引言

隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展和逐步成熟，由于機(jī)器人靈活性強(qiáng)、開放程度高以及較好滿足生產(chǎn)制造的柔性化要求等特點(diǎn)，越來越多的多樣化機(jī)器人已經(jīng)在自動涂膠系統(tǒng)中得到應(yīng)用。目前，以三自由度直角坐標(biāo)機(jī)器人和六自由度串聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用尤為廣泛。三自由度直角坐標(biāo)機(jī)器人可基本滿足絕大多數(shù)的涂膠任務(wù)，六自由度串聯(lián)機(jī)器人則具有更大的優(yōu)勢，不僅能達(dá)到工作空間內(nèi)的任一位置，還可根據(jù)需要自由調(diào)整末端姿態(tài)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域更廣、涂膠效果更佳。

一般來說，涂膠機(jī)器人最常用的密封膠分為硫化型和非硫化型兩種。其中室溫硫化型密封膠在硫化型密封膠中應(yīng)用最為廣泛，對其他材料具有粘接性，其粘度可根據(jù)需求的不同實(shí)現(xiàn)幾個Pa.s至幾千Pa.s。非硫化型密封膠以液體密封膠最為典型，該類密封膠具有較強(qiáng)的流動性，涂膠完成后，通過一段時間的干燥或均勻處理，能形成彈性膠膜或具有粘接性。涂膠機(jī)器人的優(yōu)勢在于能廣泛應(yīng)用于各類密封膠的涂膠需求，隨著電子及控制技術(shù)的發(fā)展，自動涂膠設(shè)備逐步從簡單的涂膠機(jī)演變?yōu)橹悄芡磕z機(jī)器人系統(tǒng)。而目前,涂膠機(jī)系統(tǒng)一般分為以下四種[1]：

（1）一般涂膠機(jī)：因?yàn)橹挥幸粋€運(yùn)動軸做往復(fù)運(yùn)動，故一般涂膠機(jī)僅限簡單工作平面內(nèi)的噴涂，無法完成有曲面形狀的噴涂作業(yè)要求。

（2）機(jī)械仿形涂膠機(jī)：通過將噴槍安裝在涂膠機(jī)內(nèi)部的仿形導(dǎo)軌來引導(dǎo)涂膠軌跡,所以只能噴涂固定形狀及尺寸的工件。該類涂膠機(jī)結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，但是適應(yīng)性差，不利于實(shí)現(xiàn)柔性化制造。

（3）軟仿形涂膠機(jī)：一般來說，噴涂系統(tǒng)要完成噴涂任務(wù)需要三個軸同時運(yùn)動。此類涂膠機(jī)涂膠軌跡通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行控制，擴(kuò)展性和通訊功能強(qiáng)大，可針對不同的噴涂對象完成相對應(yīng)的操作，具有良好的推廣應(yīng)用性，更適用于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。缺點(diǎn)在于軌跡精度有限，難以完全保證高精密涂膠。

（4）智能涂膠機(jī)：該涂膠機(jī)在集成以上設(shè)備特點(diǎn)的同時，避免了諸多不足。而且，隨著機(jī)器視覺技術(shù)的引入以及現(xiàn)代控制方法的支撐，能夠達(dá)到整個涂膠過程的質(zhì)量檢測、跟蹤等功能的高度集成,逐漸實(shí)現(xiàn)自動涂膠系統(tǒng)的智能化。

1 涂膠機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 機(jī)器人用涂膠工藝

自動化方案設(shè)計(jì)必須為對應(yīng)的生產(chǎn)工藝服務(wù)，所以在選用機(jī)器人涂膠之前，就需要掌握相應(yīng)工件的涂膠工藝過程和要求，通過仔細(xì)分析后才能確定涂膠機(jī)器人所應(yīng)該具備的功能。一般首先需要考慮工件的性質(zhì)、涂膠的粘性、要求膠線厚度、涂膠速度等因素，通過調(diào)研和分析，確定涂膠機(jī)器人的線速度和供膠裝置的速度等參數(shù)。另外，在大多數(shù)情況下，為了讓膠粘劑達(dá)到半干燥狀，排除不必要水分，大部分的產(chǎn)品涂膠后需要經(jīng)過低溫干燥，以便粘貼的兩種材料能貼合牢固。而涂膠后到貼面前的時間控制很重要，時間太短，不必要的水分排不出來；時間過長，膠粘劑干燥[2]。所以，通過調(diào)整涂膠后下料輸送線的速度來得到一個合適的干燥時間，保障整個系統(tǒng)的綜合性能。

1.2 涂膠機(jī)器人系統(tǒng)仿真技術(shù)

涂膠機(jī)器人是一種多自由度、多連桿的復(fù)雜空間機(jī)構(gòu)體，在研發(fā)過程中經(jīng)常會碰到動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)方面的問題，不免需要對其相關(guān)的特性進(jìn)行分析，以及對運(yùn)動軌跡的設(shè)計(jì)研究，一般來說，自由度越高，研發(fā)過程中遇到的各種問題也會變得更復(fù)雜。通過在圖形仿真環(huán)境下對機(jī)器人進(jìn)行仿真，可以以圖形的形式輸出仿真結(jié)果，更加直觀地表示出涂膠機(jī)器人的運(yùn)動情況，得到許多從數(shù)據(jù)曲線或數(shù)據(jù)本身難以分析出來的重要信息從而可以避免很多不必要的問題［3］。

1.3機(jī)器人用專用供膠技術(shù)

機(jī)器人專用的供膠系統(tǒng)為保證膠線質(zhì)量，以及系統(tǒng)對機(jī)器人運(yùn)動速度變化的響應(yīng)，需要對膠體流量和速度進(jìn)行同步控制。如在定量齒輪泵系統(tǒng)中，直流調(diào)速電機(jī)為動力源帶動定量輪泵，涂膠量的大小可通過調(diào)整電機(jī)的速度實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制。涂膠速度的控制一般有手動、機(jī)器人控制兩種方式，手動調(diào)速通過調(diào)節(jié)電位器，機(jī)器人調(diào)速則通過改變機(jī)器人涂膠程序中的模擬量電壓值來實(shí)現(xiàn)。為保障設(shè)備能夠連續(xù)生產(chǎn)，很多機(jī)器人用的專用供膠系統(tǒng)的供膠方式已能實(shí)現(xiàn)雙通自動切換，當(dāng)某一膠泵無膠時，系統(tǒng)自動關(guān)閉該膠泵馬達(dá)供氣，并接通至另一臺膠泵?；蚴窃谟行┠z體粘度隨溫度變化較大時，機(jī)器人用專用供膠系統(tǒng)還具備實(shí)時監(jiān)測的溫控功能，通過對應(yīng)的智能控制算法實(shí)現(xiàn)對膠體的提前預(yù)熱和自動開關(guān)機(jī)動作。

1.4 膠線質(zhì)量控制技術(shù)

（1）傳感技術(shù)。隨著智能技術(shù)的斷發(fā)展，一大批新型智能傳感器的出現(xiàn)對機(jī)器人的應(yīng)用研究起到了重要的促進(jìn)作用。機(jī)器視覺技術(shù)的工作原理是，被攝取目標(biāo)通過圖像攝取裝置轉(zhuǎn)換為圖像信號，被傳送至專用圖像處理系統(tǒng)，將像素分布、亮度、顏色等圖像信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號，圖像系統(tǒng)再通過對這類信號的各種處理運(yùn)算來提取目標(biāo)特征，最終根據(jù)判別結(jié)果來控制操作現(xiàn)場。視覺傳感器的應(yīng)用可以有效提高涂膠機(jī)器人的適應(yīng)能力。

（2）膠線質(zhì)量控制理論與方法。較好的膠線質(zhì)量控制理論和方法能夠提高系統(tǒng)涂膠效率，甚至能夠應(yīng)用到涂膠工藝的智能控制。膠線質(zhì)量一般可通過膠線寬度和膠線高度兩個指標(biāo)來考核，影響膠線質(zhì)量的主要因素包括有膠液粘度、膠槍口徑、涂膠高度、涂膠速度和膠管壓力等，而且這些因素的變化對膠線質(zhì)量的影響較為復(fù)雜，所以需尋求一種有效的方法控制膠線質(zhì)量，為機(jī)器人涂膠技術(shù)的發(fā)展和研究奠定一個良好的技術(shù)基礎(chǔ)[4]。

2 涂膠機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢

2.1 多涂膠機(jī)器人與外圍設(shè)備的協(xié)調(diào)控制技術(shù)

涂膠機(jī)器人并不是一個獨(dú)立的工作單元，而是包含了工裝卡具、膠泵膠槍和控制柜等元件的工作系統(tǒng)，要提高工作效率，必須使系統(tǒng)的各個元件協(xié)調(diào)工作。多涂膠機(jī)器人系統(tǒng)是在單涂膠機(jī)器人系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它與外圍設(shè)備相互配合，共同完成關(guān)聯(lián)的工作和任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)共同的目標(biāo)。在設(shè)計(jì)該類系統(tǒng)時，不需要追求單個系統(tǒng)的復(fù)雜性，而是應(yīng)該按照物理、邏輯和功能上設(shè)計(jì)劃分出多個具有一定獨(dú)立功能的智能單體，并通過多個單體之間的配合和通信，協(xié)作完成一個全局性的涂膠任務(wù)。

2.2 多傳感信息智能融合技術(shù)

越來越多的傳感器在機(jī)器人系統(tǒng)中得以應(yīng)用，例如靜電電容式距離傳感器、超聲波觸覺傳感器、基于光纖陀螺慣性測量的3D運(yùn)動傳感器等各種新型傳感器如雨后春筍般出現(xiàn)[5]。這是因?yàn)椋瑔我坏膫鞲行盘柕目煽啃韵鄬^低，而智能機(jī)器人對可靠性的要求很高，需要多傳感智能信息相互融合，使得系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N信息綜合處理，并通過多信息提供的數(shù)據(jù)判斷正確的環(huán)境，從而讓機(jī)器人快速、準(zhǔn)確的完成最終目的。

3 結(jié)論

世界工業(yè)技術(shù)的發(fā)展中，機(jī)器人技術(shù)的研究占有重要地位，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展對工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步起到了極大的推動作用。近幾年，涂膠自動化已漸漸成為趨勢，我國在工業(yè)機(jī)器人所涉及的機(jī)器人技術(shù)、仿真技術(shù)與離線編程、信息傳感、智能控制等方面進(jìn)行了大量研究，并對多項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，涂膠機(jī)器人還有更多值得深入研究的方向和更加廣泛的應(yīng)用，并在未來為越來越廣的領(lǐng)域提供更優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)。

[1]唐德威，宗德祥，鄧宗全，李明章.涂膠機(jī)器人視覺系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].機(jī)器人，2006，28（1）.

[2]陳世雄.涂膠機(jī)的設(shè)計(jì)及涂膠工藝研究[J].廣西機(jī)械，1996.

[3]孫增圻.機(jī)器人系統(tǒng)仿真及應(yīng)用[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，1995，7 （3）：23-29.

[4]林粵科，林君健，張曉瑾，梅雪川.面向涂膠機(jī)器人的膠線質(zhì)量模型研究[J].機(jī)床與液壓，2014，42（3）.

[5]朱萬輝.七自由度焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].馬鞍山：安徽工業(yè)大學(xué)，2012.

Glue-robot’s Technology Current Situation and Trends of Development

MEI Xuechuan , GE Guangjun, LIN Yueke, CHEN Tianhao
(Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co. Ltd., Guangzhou 510700)

In this paper, the development process of the glue-robot is introduced and the simulation technology, robot glue technology and the control technology of glue line quality are summarized. And the control technology of multi glue robots and peripheral equipment and multi-sensor information technology are discussed.

glue-robot, intelligence , current situation, trends of development