摘 要： 本文介紹了發(fā)那科機(jī)器人公司推出的Ｐ－500型噴涂機(jī)器人，該機(jī)器人為懸掛軌道式，同傳統(tǒng)的涂裝機(jī)器人相比噴涂效率高、成本低、安裝空間及尺寸小，是目前用于整車(chē)外部涂裝的理想設(shè)備。

關(guān)鍵詞： 懸掛 軌道 機(jī)器人 外部涂裝

近年來(lái)，涂裝車(chē)間機(jī)器人應(yīng)用的發(fā)展，在噴涂效率、質(zhì)量、降低運(yùn)行成本和降低投資上取得顯著的提高。發(fā)那科機(jī)器人公司推出的懸掛軌道式噴涂機(jī)器人 — FANUC P-500型外部噴涂機(jī)器人系統(tǒng)，能夠做到較低的成本，更小的安裝尺寸和更少的安裝時(shí)間，并能夠處理較大范圍的車(chē)型。

圖 1: P-500 外部旋杯涂裝系統(tǒng)

近年來(lái)在涂裝機(jī)器人領(lǐng)域的研究

1.1 工藝設(shè)備的集成
安裝在機(jī)器人手臂中的涂料換色模塊組盡可能的接近噴杯（見(jiàn)圖2）這樣可以最大限度的減少涂料浪費(fèi)，此類(lèi)改進(jìn)措施表現(xiàn)在運(yùn)行費(fèi)用和整個(gè)運(yùn)行周期過(guò)程,大大提高了設(shè)備的噴涂效率，縮短了系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間，降低了設(shè)備投資。 

圖2-1: 普通機(jī)器人集成的手臂內(nèi)部

圖2-2: P-500 機(jī)器人的工藝設(shè)備

1.2 噴涂的優(yōu)化

從上世紀(jì)末到本世紀(jì)前五年期間，研究人員主要關(guān)注的是兩個(gè)噴涂領(lǐng)域的優(yōu)化：即機(jī)器人應(yīng)用100%靜電霧化器(或稱(chēng)旋杯)的車(chē)體外部噴涂和機(jī)器人應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)的輸送鏈上的車(chē)體內(nèi)部噴涂（如門(mén)內(nèi)側(cè)，引擎室，底蓋等）。機(jī)器人100%外部旋杯噴涂應(yīng)用開(kāi)發(fā)著重于旋杯設(shè)計(jì)和涂料的混合比例使金屬漆能夠用旋杯達(dá)到可以接受的顏色和外觀標(biāo)準(zhǔn)。而之前要獲得良好的表面效果，車(chē)體外表面的兩層金屬漆中至少一層是采用空氣霧化噴槍噴涂的。這種杯+杯工藝與以前的空氣槍的噴涂工藝相比，顯著地減少了（20%-40%）涂料的使用量。
“杯+杯”工藝的研究已得到了充分的應(yīng)用,從九十年代中期到二十一世紀(jì)早期，汽車(chē)的噴涂中，機(jī)器人噴杯混合使用噴槍和旋杯的比例從1995 年大約85%噴槍和15%旋杯變成最近幾年中的85%旋杯和15%噴槍。
由于近來(lái)行業(yè)中大多使用旋杯噴涂應(yīng)用于車(chē)身外表面噴涂，因此，使用旋杯的外表面噴涂是FANUC P-500 噴涂系統(tǒng)終端產(chǎn)品研究的焦點(diǎn)。發(fā)那科機(jī)器人公司的P-500 噴涂系統(tǒng)為車(chē)身外表面噴涂的應(yīng)用。
FANUC P-500 機(jī)器人外表面噴涂系統(tǒng)是非常成功的，使用懸掛于軌道的機(jī)器人噴涂車(chē)身外表面在汽車(chē)工業(yè)的車(chē)身外表面噴涂上產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。自2003 年首次推出 P-500 系統(tǒng)以來(lái)，全球已安裝了超過(guò)約2000臺(tái)。
FANUC P-500 設(shè)計(jì)方法引發(fā)了在數(shù)個(gè)區(qū)域的創(chuàng)新思維，具有多項(xiàng)專(zhuān)利和專(zhuān)利應(yīng)用，這些區(qū)域涉及到機(jī)器人設(shè)計(jì)、工藝設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)維護(hù)、程序設(shè)計(jì)方法以及安裝。P-500 系統(tǒng)提供了最高級(jí)別的均勻性和噴涂工藝效率。專(zhuān)利的工藝方法和優(yōu)化的噴涂設(shè)備設(shè)計(jì)最小化了生產(chǎn)過(guò)程中超范圍的噴涂。

車(chē)身外部的噴涂
2.1 車(chē)身外部的噴涂要求：
◇噴涂質(zhì)量：主要是厚度、外觀方面要減少灰塵、贓物；
◇控制噴涂軌跡；
◇靈活性：適應(yīng)產(chǎn)量的多變性；對(duì)未來(lái)車(chē)型具有適應(yīng)性(復(fù)雜的車(chē)型；特出的車(chē)型)；
◇投資成本低；
◇操作成本低；
◇能縮短調(diào)試周期進(jìn)而縮短新車(chē)型的推出時(shí)間；
◇易于維護(hù)和操作方便。
2.2 解決方案
◇使用靈活簡(jiǎn)便的機(jī)器人；
◇引入“清潔墻（懸掛機(jī)器人）”的概念；
◇改善投資和運(yùn)行成本；
◇簡(jiǎn)化機(jī)器人軌跡編程，減少需要對(duì)機(jī)器人編程的時(shí)間，并且在整個(gè)車(chē)間實(shí)施模擬和編程的一致性。

懸掛軌道式旋杯涂裝機(jī)器人系統(tǒng)的特點(diǎn):

懸掛軌道式涂裝機(jī)器人系統(tǒng)提供了比傳統(tǒng)機(jī)器人具有更強(qiáng)的噴涂性能的車(chē)體外表面噴涂系統(tǒng)，減少用戶成本和生產(chǎn)費(fèi)用，可以比固定安裝機(jī)器人更快地完成安裝和調(diào)試。懸掛軌道式涂裝機(jī)器人的主要優(yōu)勢(shì)：

3.1 機(jī)器人更小并更靈活簡(jiǎn)便

一個(gè)兩軸的手腕

研究人員通過(guò)機(jī)器人機(jī)械單元的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)，對(duì)大范圍現(xiàn)存用于生產(chǎn)的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)包含懸掛的機(jī)器人，去掉了機(jī)器人腰部的軸，又使用了一個(gè)兩軸的手腕，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)。

◇軌道方式提高了噴涂路徑的的靈活性和可操作性，減少了噴涂設(shè)備對(duì)輸送設(shè)備的依賴(lài)性。
◇通過(guò)除去外部噴涂應(yīng)用中不需要的多余的軸，這種五軸機(jī)器人集成了七軸機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn),且以較少的軸達(dá)到100%工作范圍的利用效果。
◇軌道方式，比固定式更易于在線跟蹤編程，五軸的編程設(shè)計(jì)相對(duì)于六軸或七軸機(jī)器人來(lái)說(shuō)要簡(jiǎn)單得多。
◇PaintPRO 軟件是一個(gè)圖形化的離線編程解決方案，可以簡(jiǎn)化機(jī)器人軌跡編程，也減少了對(duì)機(jī)器人編程的時(shí)間。所有的路徑編程均可在安裝與建模期間完成，節(jié)約了后續(xù)安裝與調(diào)試的時(shí)間。
◇由于大多數(shù)應(yīng)用設(shè)備嵌入到了FANUC P-500 中，室外安裝的設(shè)備的數(shù)量一般低于臺(tái)座式系統(tǒng)。
◇即插即用的設(shè)計(jì)－就位、連接油漆管路、氣管和電源。系統(tǒng)的許多部分在到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)前已經(jīng)預(yù)先安裝和校正，成為標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。氣動(dòng)控制柜的位置考慮到旋杯排除校準(zhǔn)氣動(dòng)的延遲的需要和排除現(xiàn)場(chǎng)更新。得益于氣動(dòng)控制面板安裝在機(jī)器人本體上，使得開(kāi)關(guān)槍和噴幅轉(zhuǎn)換更加靈敏。

3.2 噴涂質(zhì)量易于控制
◇配置軌道的 FANUC P-500 可以提供最長(zhǎng)的噴涂時(shí)間和最少的非噴涂動(dòng)作。而對(duì)于臺(tái)座式機(jī)器人，當(dāng)對(duì)路徑進(jìn)行編程或改變顏色后，需要頻繁地重新定位。
◇軌道方式比固定式易于在線跟蹤編程，這種方式提供了最長(zhǎng)的開(kāi)槍時(shí)間，最小流量，最大的涂料利用率，這在考慮降級(jí)和噴涂窗口的有效性時(shí)是非常重要。相對(duì)來(lái)說(shuō)，固定式的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度要加快，使得流量要相應(yīng)增大，導(dǎo)致涂料利用率降低，品質(zhì)降低。
◇FANUC P-500系統(tǒng)的軌道軸可以保證機(jī)器人在任何輸送速度下都可以重放相同的機(jī)器人動(dòng)作，不會(huì)出現(xiàn)意外動(dòng)作錯(cuò)誤和異常機(jī)器人動(dòng)作。
◇FANUC P-500機(jī)器人設(shè)計(jì)方案裝配了完全一體化的工藝控制。在噴涂過(guò)程中，可以對(duì)流體和氣動(dòng)工藝的變化做出非常迅速的、重復(fù)性的響應(yīng)。
◇噴房氣流對(duì)懸掛機(jī)器人的影響比起固定式或地面軌道式機(jī)器人來(lái)要小。
◇氣動(dòng)控制面板安裝在機(jī)器人本體上，使得開(kāi)關(guān)槍和噴幅轉(zhuǎn)換更加靈敏。
3.3 客戶的直接成本
降低客戶的直接成本降低在兩方面顯著減少：
（1）機(jī)器人系統(tǒng)自身的價(jià)格減少；（2）機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足更小的安裝面積，所需的空間減少了約40%。這顯著的減少了噴房的工程費(fèi)用。

3.3.1 機(jī)器人系統(tǒng)自身的價(jià)格減少
◇控制系統(tǒng)數(shù)量減少
* 每一臺(tái)機(jī)器人控制器控制兩臺(tái)機(jī)器人。
* 系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)用作電纜線槽和軟管路徑，使得到單臺(tái)機(jī)器人的連接數(shù)量減少。
* 一個(gè)公用的空氣控制柜用于供應(yīng)多臺(tái)機(jī)器人。
* 由于大多數(shù)應(yīng)用設(shè)備嵌入到了P-500系統(tǒng)中，室外安裝的設(shè)備的數(shù)量一般低于臺(tái)座式系統(tǒng)。
* 控制體系中互聯(lián)的數(shù)量顯著減少

圖4 ：FANUC P-500控制體系與以前的系統(tǒng)的比較

3.3.2 機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足更小的安裝面積，所需的空間減少了約40%。這顯著的減少了噴房的工程費(fèi)用。

◇噴房的長(zhǎng)度和寬度減少
* 由于 FANUC P-500 機(jī)器人沒(méi)有大旋轉(zhuǎn)軸，機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)不能超出噴房尾部，所以縮短了噴房尾部的安全區(qū)，并因此縮短了噴房的整體長(zhǎng)度。不需要在室內(nèi)預(yù)留1-2 米的長(zhǎng)度以達(dá)到操作員安全需求。
* 同許多臺(tái)座式機(jī)器人對(duì)比，按照最新運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)的 FANUC P-500 機(jī)器人設(shè)計(jì)特點(diǎn)可以減少同時(shí)減少?lài)姺康膶挾取?br /> * 機(jī)器人的設(shè)計(jì)結(jié)果是可以處理大范圍的車(chē)輛，同時(shí)減少?lài)姺康膶挾?0-20%、噴房的長(zhǎng)度40%。

圖4: FANUC P-500 噴房和自動(dòng)機(jī)噴房比較

（1）懸掛軌道式涂裝機(jī)器人：噴房長(zhǎng)13m,寬4.3m,面積55.9m2

（2）固定式涂裝機(jī)器人：噴房長(zhǎng)14.5.m,寬5.5m, ,面積77.5m2

圖 5: FANUC P-500噴房和固定噴房比較

懸掛方式不需要安裝在噴房?jī)?nèi)鋼架上無(wú)需考慮機(jī)器人的基礎(chǔ)，減少了支撐機(jī)器人的型鋼和底架；

◇格柵不需配作。
◇在噴涂設(shè)備和自動(dòng)清洗旋杯設(shè)備新方法的設(shè)計(jì)改進(jìn)過(guò)程中，除去了系統(tǒng)對(duì)空氣加熱器的需要。這改進(jìn)了維修并減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性。節(jié)省了電力也降低運(yùn)行成本。

3.4 客戶的運(yùn)行成本降低
◇小的安裝面積使其所需的能耗減少，與以前的機(jī)器人系統(tǒng)相比，大多數(shù)情況下可節(jié)約超出20%的運(yùn)行。
◇FANUC P-500機(jī)器人具有非導(dǎo)電外臂和腕，在室內(nèi)懸掛，使傳遞效率達(dá)到最大，涂料在機(jī)器人中的堆積最少，降低了清潔頻次和車(chē)體污染。機(jī)器人護(hù)套也無(wú)須象常規(guī)機(jī)器人那樣頻繁更換，降低使用成本。
◇保證了地面的清潔，體現(xiàn)在四方面：
（1）系統(tǒng)需要的控制柜的數(shù)量減少，占地面積小。
（2）提供一個(gè)簡(jiǎn)約的過(guò)道空間，它減少了面板，連接盒及其他部件的使用。
（3）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)把不需要和常規(guī)控制柜放在中間層，遠(yuǎn)離地板。
（4）高空懸掛式不需要安裝在噴房地面支撐鋼架上，降低了噴房振動(dòng)時(shí)造成
的噴涂污染地面，清潔費(fèi)用低。
（5）“清潔操作” ，照片是生產(chǎn)一個(gè)月沒(méi)有進(jìn)行保潔的噴房的使用狀況。

3.5 設(shè)備編輯方便

◇PaintPRO 離線式可便程軟件采用了與實(shí)際機(jī)器人相同的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃器，簡(jiǎn)化了編程路徑，可以快速生成機(jī)器人程序。

圖 5: PaintPro 離線編程軟件

◇通過(guò)電腦，所有的路徑編排均可在安裝與建模期間完成，節(jié)約了將來(lái)安裝與調(diào)試的時(shí)間。
◇五軸機(jī)器的編程相對(duì)于六軸或七軸機(jī)器人來(lái)說(shuō)要簡(jiǎn)單得多，F(xiàn)ANUC P-500的這項(xiàng)設(shè)計(jì)集成了七軸機(jī)器人的所有優(yōu)點(diǎn)。

3.6 設(shè)備安裝方便
◇由于標(biāo)準(zhǔn)的工藝和系統(tǒng)組成，集成式氣動(dòng)控制面板，以及標(biāo)準(zhǔn)的電纜組線，也因此減少安裝時(shí)間。
◇比起其他機(jī)器人減少了大量零部件，安裝方便。
◇氣動(dòng)裝置，成型空氣控制以及杯速控制組件的應(yīng)用均以某著名涂裝校對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)先校準(zhǔn)過(guò)。
◇FANUC P-500 噴涂系統(tǒng)出廠時(shí)已經(jīng)完全組裝好并且經(jīng)過(guò)充分的測(cè)試，同傳統(tǒng)臺(tái)座式系統(tǒng)比較，在現(xiàn)場(chǎng)安裝設(shè)備所需要的時(shí)間和成本大大降低了。降低了安裝期間產(chǎn)生問(wèn)題的機(jī)會(huì)。
◇一星期內(nèi)成功地安裝和調(diào)試。

3.7 設(shè)備操作維護(hù)方便
◇操作介面和PLC 安裝在一塊面板上，可簡(jiǎn)單、快速的處理故障。
◇減少維護(hù)且簡(jiǎn)化與改進(jìn)了涂料管及空氣管路的排布
◇易于安裝換色閥及管路，由于簡(jiǎn)化了P-500系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與維護(hù)，從而減少了大量易損件。
◇獨(dú)特的某著名涂裝溶劑-空氣閥在清洗過(guò)程中比其他系統(tǒng)節(jié)省50-70%溶劑。
◇雖需要一些工具保證一些噴涂設(shè)備的正確安裝，機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供了顯著的改進(jìn)，在減少平均維修時(shí)間上超過(guò)了以前的系統(tǒng)。

3.8 FANUC P-500機(jī)器人 懸掛方式充分體現(xiàn)了＂清潔墻＂設(shè)計(jì)
◇FANUC P-500 機(jī)器人為高架式設(shè)備，置在機(jī)器人下。同地面安裝式機(jī)器人比較，室內(nèi)噴涂過(guò)程的可視度提高了；
◇并允許在機(jī)器人軌道下面放置檢修門(mén)；

圖5 : 實(shí)際 FANUC P-500 安裝顯示了工藝的能見(jiàn)度

3.9 FANUC P-500 系統(tǒng)可用于水性靜電旋杯噴涂

噴涂設(shè)備的最大的突破之一就是可用于水性靜電旋杯噴涂。發(fā)那科噴涂系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)高效直充噴涂而無(wú)需外部碼頭或容器交換系統(tǒng)。這個(gè)新方法不僅顯著增加了水性系統(tǒng)噴涂效率，而且顯著的減少了與之相關(guān)的復(fù)雜性和維修成本。

總結(jié)：

FANUC P-500 懸掛軌道式噴涂機(jī)器人是理想的車(chē)體外表面噴涂機(jī)器人，設(shè)計(jì)提供了高性能、高耐久性、柔性化、操作簡(jiǎn)便和少維護(hù)的完美組合，這個(gè)系統(tǒng)在提高運(yùn)行效率和工件外部的噴涂質(zhì)量上取得了成功，與前一代產(chǎn)品相比，也顯著減少了外部涂裝系統(tǒng)的投資成本和生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用。目前，在國(guó)內(nèi)新建的大型汽車(chē)涂裝線上已開(kāi)始得到推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

陸通林 多功能?chē)娖釞C(jī)器人 汽車(chē)制造業(yè)2005/6