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

關(guān)鍵詞： 懸掛 軌道 機器人 外部涂裝

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

圖 1: P-500 外部旋杯涂裝系統(tǒng)

近年來在涂裝機器人領(lǐng)域的研究

1.1 工藝設(shè)備的集成
安裝在機器人手臂中的涂料換色模塊組盡可能的接近噴杯（見圖2）這樣可以最大限度的減少涂料浪費，此類改進措施表現(xiàn)在運行費用和整個運行周期過程,大大提高了設(shè)備的噴涂效率，縮短了系統(tǒng)正常運行時間，降低了設(shè)備投資。 

圖2-1: 普通機器人集成的手臂內(nèi)部

圖2-2: P-500 機器人的工藝設(shè)備

1.2 噴涂的優(yōu)化

從上世紀末到本世紀前五年期間，研究人員主要關(guān)注的是兩個噴涂領(lǐng)域的優(yōu)化：即機器人應(yīng)用100%靜電霧化器(或稱旋杯)的車體外部噴涂和機器人應(yīng)用于運動的輸送鏈上的車體內(nèi)部噴涂（如門內(nèi)側(cè)，引擎室，底蓋等）。機器人100%外部旋杯噴涂應(yīng)用開發(fā)著重于旋杯設(shè)計和涂料的混合比例使金屬漆能夠用旋杯達到可以接受的顏色和外觀標(biāo)準。而之前要獲得良好的表面效果，車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早期，汽車的噴涂中，機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。
由于近來行業(yè)中大多使用旋杯噴涂應(yīng)用于車身外表面噴涂，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。發(fā)那科機器人公司的P-500 噴涂系統(tǒng)為車身外表面噴涂的應(yīng)用。
FANUC P-500 機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器人噴涂車身外表面在汽車工業(yè)的車身外表面噴涂上產(chǎn)生了深遠的影響。自2003 年首次推出 P-500 系統(tǒng)以來，全球已安裝了超過約2000臺。
FANUC P-500 設(shè)計方法引發(fā)了在數(shù)個區(qū)域的創(chuàng)新思維，具有多項專利和專利應(yīng)用，這些區(qū)域涉及到機器人設(shè)計、工藝設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)維護、程序設(shè)計方法以及安裝。P-500 系統(tǒng)提供了最高級別的均勻性和噴涂工藝效率。專利的工藝方法和優(yōu)化的噴涂設(shè)備設(shè)計最小化了生產(chǎn)過程中超范圍的噴涂。

車身外部的噴涂
2.1 車身外部的噴涂要求：
◇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；對未來車型具有適應(yīng)性(復(fù)雜的車型；特出的車型)；
◇投資成本低；
◇操作成本低；
◇能縮短調(diào)試周期進而縮短新車型的推出時間；
◇易于維護和操作方便。
2.2 解決方案
◇使用靈活簡便的機器人；
◇引入“清潔墻（懸掛機器人）”的概念；
◇改善投資和運行成本；
◇簡化機器人軌跡編程，減少需要對機器人編程的時間，并且在整個車間實施模擬和編程的一致性。

懸掛軌道式旋杯涂裝機器人系統(tǒng)的特點:

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

3.1 機器人更小并更靈活簡便

一個兩軸的手腕

研究人員通過機器人機械單元的機器人運動學(xué)設(shè)計的開發(fā)，對大范圍現(xiàn)存用于生產(chǎn)的系統(tǒng)來進行分析，在此基礎(chǔ)上重新設(shè)計，這個設(shè)計包含懸掛的機器人，去掉了機器人腰部的軸，又使用了一個兩軸的手腕，簡化了整個系統(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)備對輸送設(shè)備的依賴性。
◇通過除去外部噴涂應(yīng)用中不需要的多余的軸，這種五軸機器人集成了七軸機器人的優(yōu)點,且以較少的軸達到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)計相對于六軸或七軸機器人來說要簡單得多。
◇PaintPRO 軟件是一個圖形化的離線編程解決方案，可以簡化機器人軌跡編程，也減少了對機器人編程的時間。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)量一般低于臺座式系統(tǒng)。
◇即插即用的設(shè)計－就位、連接油漆管路、氣管和電源。系統(tǒng)的許多部分在到達現(xiàn)場前已經(jīng)預(yù)先安裝和校正，成為標(biāo)準的生產(chǎn)設(shè)計。氣動控制柜的位置考慮到旋杯排除校準氣動的延遲的需要和排除現(xiàn)場更新。得益于氣動控制面板安裝在機器人本體上，使得開關(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 可以提供最長的噴涂時間和最少的非噴涂動作。而對于臺座式機器人，當(dāng)對路徑進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的開槍時間，最小流量，最大的涂料利用率，這在考慮降級和噴涂窗口的有效性時是非常重要。相對來說，固定式的機器人運動速度要加快，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器人在任何輸送速度下都可以重放相同的機器人動作，不會出現(xiàn)意外動作錯誤和異常機器人動作。
◇FANUC P-500機器人設(shè)計方案裝配了完全一體化的工藝控制。在噴涂過程中，可以對流體和氣動工藝的變化做出非常迅速的、重復(fù)性的響應(yīng)。
◇噴房氣流對懸掛機器人的影響比起固定式或地面軌道式機器人來要小。
◇氣動控制面板安裝在機器人本體上，使得開關(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）機器人系統(tǒng)自身的價格減少；（2）機器人系統(tǒng)的設(shè)計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用。

3.3.1 機器人系統(tǒng)自身的價格減少
◇控制系統(tǒng)數(shù)量減少
* 每一臺機器人控制器控制兩臺機器人。
* 系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)用作電纜線槽和軟管路徑，使得到單臺機器人的連接數(shù)量減少。
* 一個公用的空氣控制柜用于供應(yīng)多臺機器人。
* 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 機器人系統(tǒng)的設(shè)計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用。

◇噴房的長度和寬度減少
* 由于 FANUC P-500 機器人沒有大旋轉(zhuǎn)軸，機械臂的運動不能超出噴房尾部，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度。不需要在室內(nèi)預(yù)留1-2 米的長度以達到操作員安全需求。
* 同許多臺座式機器人對比，按照最新運動學(xué)設(shè)計的 FANUC P-500 機器人設(shè)計特點可以減少同時減少噴房的寬度。
* 機器人的設(shè)計結(jié)果是可以處理大范圍的車輛，同時減少噴房的寬度10-20%、噴房的長度40%。

圖4: FANUC P-500 噴房和自動機噴房比較

（1）懸掛軌道式涂裝機器人：噴房長13m,寬4.3m,面積55.9m2

（2）固定式涂裝機器人：噴房長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內(nèi)鋼架上無需考慮機器人的基礎(chǔ)，減少了支撐機器人的型鋼和底架；

◇格柵不需配作。
◇在噴涂設(shè)備和自動清洗旋杯設(shè)備新方法的設(shè)計改進過程中，除去了系統(tǒng)對空氣加熱器的需要。這改進了維修并減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性。節(jié)省了電力也降低運行成本。

3.4 客戶的運行成本降低
◇小的安裝面積使其所需的能耗減少，與以前的機器人系統(tǒng)相比，大多數(shù)情況下可節(jié)約超出20%的運行。
◇FANUC P-500機器人具有非導(dǎo)電外臂和腕，在室內(nèi)懸掛，使傳遞效率達到最大，涂料在機器人中的堆積最少，降低了清潔頻次和車體污染。機器人護套也無須象常規(guī)機器人那樣頻繁更換，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）提供一個簡約的過道空間，它減少了面板，連接盒及其他部件的使用。
（3）系統(tǒng)的設(shè)計把不需要和常規(guī)控制柜放在中間層，遠離地板。
（4）高空懸掛式不需要安裝在噴房地面支撐鋼架上，降低了噴房振動時造成
的噴涂污染地面，清潔費用低。
（5）“清潔操作” ，照片是生產(chǎn)一個月沒有進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際機器人相同的運動計劃器，簡化了編程路徑，可以快速生成機器人程序。

圖 5: PaintPro 離線編程軟件

◇通過電腦，所有的路徑編排均可在安裝與建模期間完成，節(jié)約了將來安裝與調(diào)試的時間。
◇五軸機器的編程相對于六軸或七軸機器人來說要簡單得多，F(xiàn)ANUC P-500的這項設(shè)計集成了七軸機器人的所有優(yōu)點。

3.6 設(shè)備安裝方便
◇由于標(biāo)準的工藝和系統(tǒng)組成，集成式氣動控制面板，以及標(biāo)準的電纜組線，也因此減少安裝時間。
◇比起其他機器人減少了大量零部件，安裝方便。
◇氣動裝置，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標(biāo)準進行預(yù)先校準過。
◇FANUC P-500 噴涂系統(tǒng)出廠時已經(jīng)完全組裝好并且經(jīng)過充分的測試，同傳統(tǒng)臺座式系統(tǒng)比較，在現(xiàn)場安裝設(shè)備所需要的時間和成本大大降低了。降低了安裝期間產(chǎn)生問題的機會。
◇一星期內(nèi)成功地安裝和調(diào)試。

3.7 設(shè)備操作維護方便
◇操作介面和PLC 安裝在一塊面板上，可簡單、快速的處理故障。
◇減少維護且簡化與改進了涂料管及空氣管路的排布
◇易于安裝換色閥及管路，由于簡化了P-500系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與維護，從而減少了大量易損件。
◇獨特的某著名涂裝溶劑-空氣閥在清洗過程中比其他系統(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，機器人的設(shè)計提供了顯著的改進，在減少平均維修時間上超過了以前的系統(tǒng)。

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

圖5 : 實際 FANUC P-500 安裝顯示了工藝的能見度

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)，開發(fā)了一個高效直充噴涂而無需外部碼頭或容器交換系統(tǒng)。這個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 懸掛軌道式噴涂機器人是理想的車體外表面噴涂機器人，設(shè)計提供了高性能、高耐久性、柔性化、操作簡便和少維護的完美組合，這個系統(tǒng)在提高運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)運行費用。目前，在國內(nèi)新建的大型汽車涂裝線上已開始得到推廣應(yīng)用。

參考文獻：

陸通林 多功能噴漆機器人 汽車制造業(yè)2005/6