梅雪川 葛光军 林粤科 陈天豪

涂胶机器人技术现状与发展趋势

梅雪川 葛光军 林粤科 陈天豪

（广州机械科学研究院有限公司中央研究所，广州 510700）

本文在介绍涂胶机器人的发展过程及现状的同时，对计算机仿真、机器人涂胶工艺、胶线质量控制等方面技术进行了综合论述，并从多涂胶机器人与外围设备的协调控制技术和多传感信息智能融合技术等方面探讨了涂胶机器人的发展趋势。

涂胶机器人 智能化 现状 发展趋势

引言

随着机器人技术的不断发展和逐步成熟，由于机器人灵活性强、开放程度高以及较好满足生产制造的柔性化要求等特点，越来越多的多样化机器人已经在自动涂胶系统中得到应用。目前，以三自由度直角坐标机器人和六自由度串联机器人的应用尤为广泛。三自由度直角坐标机器人可基本满足绝大多数的涂胶任务，六自由度串联机器人则具有更大的优势，不仅能达到工作空间内的任一位置，还可根据需要自由调整末端姿态，因此其应用领域更广、涂胶效果更佳。

一般来说，涂胶机器人最常用的密封胶分为硫化型和非硫化型两种。其中室温硫化型密封胶在硫化型密封胶中应用最为广泛，对其他材料具有粘接性，其粘度可根据需求的不同实现几个Pa.s至几千Pa.s。非硫化型密封胶以液体密封胶最为典型，该类密封胶具有较强的流动性，涂胶完成后，通过一段时间的干燥或均匀处理，能形成弹性胶膜或具有粘接性。涂胶机器人的优势在于能广泛应用于各类密封胶的涂胶需求，随着电子及控制技术的发展，自动涂胶设备逐步从简单的涂胶机演变为智能涂胶机器人系统。而目前,涂胶机系统一般分为以下四种[1]：

（1）一般涂胶机：因为只有一个运动轴做往复运动，故一般涂胶机仅限简单工作平面内的喷涂，无法完成有曲面形状的喷涂作业要求。

（2）机械仿形涂胶机：通过将喷枪安装在涂胶机内部的仿形导轨来引导涂胶轨迹,所以只能喷涂固定形状及尺寸的工件。该类涂胶机结构简单稳定，但是适应性差，不利于实现柔性化制造。

（3）软仿形涂胶机：一般来说，喷涂系统要完成喷涂任务需要三个轴同时运动。此类涂胶机涂胶轨迹通过计算机软件进行控制，扩展性和通讯功能强大，可针对不同的喷涂对象完成相对应的操作，具有良好的推广应用性，更适用于工业生产应用。缺点在于轨迹精度有限，难以完全保证高精密涂胶。

（4）智能涂胶机：该涂胶机在集成以上设备特点的同时，避免了诸多不足。而且，随着机器视觉技术的引入以及现代控制方法的支撑，能够达到整个涂胶过程的质量检测、跟踪等功能的高度集成,逐渐实现自动涂胶系统的智能化。

1 涂胶机器人技术研究现状

1.1 机器人用涂胶工艺

自动化方案设计必须为对应的生产工艺服务，所以在选用机器人涂胶之前，就需要掌握相应工件的涂胶工艺过程和要求，通过仔细分析后才能确定涂胶机器人所应该具备的功能。一般首先需要考虑工件的性质、涂胶的粘性、要求胶线厚度、涂胶速度等因素，通过调研和分析，确定涂胶机器人的线速度和供胶装置的速度等参数。另外，在大多数情况下，为了让胶粘剂达到半干燥状，排除不必要水分，大部分的产品涂胶后需要经过低温干燥，以便粘贴的两种材料能贴合牢固。而涂胶后到贴面前的时间控制很重要，时间太短，不必要的水分排不出来；时间过长，胶粘剂干燥[2]。所以，通过调整涂胶后下料输送线的速度来得到一个合适的干燥时间，保障整个系统的综合性能。

1.2 涂胶机器人系统仿真技术

涂胶机器人是一种多自由度、多连杆的复杂空间机构体，在研发过程中经常会碰到动力学、运动学方面的问题，不免需要对其相关的特性进行分析，以及对运动轨迹的设计研究，一般来说，自由度越高，研发过程中遇到的各种问题也会变得更复杂。通过在图形仿真环境下对机器人进行仿真，可以以图形的形式输出仿真结果，更加直观地表示出涂胶机器人的运动情况，得到许多从数据曲线或数据本身难以分析出来的重要信息从而可以避免很多不必要的问题［3］。

1.3机器人用专用供胶技术

机器人专用的供胶系统为保证胶线质量，以及系统对机器人运动速度变化的响应，需要对胶体流量和速度进行同步控制。如在定量齿轮泵系统中，直流调速电机为动力源带动定量轮泵，涂胶量的大小可通过调整电机的速度实现实时控制。涂胶速度的控制一般有手动、机器人控制两种方式，手动调速通过调节电位器，机器人调速则通过改变机器人涂胶程序中的模拟量电压值来实现。为保障设备能够连续生产，很多机器人用的专用供胶系统的供胶方式已能实现双通自动切换，当某一胶泵无胶时，系统自动关闭该胶泵马达供气，并接通至另一台胶泵。或是在有些胶体粘度随温度变化较大时，机器人用专用供胶系统还具备实时监测的温控功能，通过对应的智能控制算法实现对胶体的提前预热和自动开关机动作。

1.4 胶线质量控制技术

（1）传感技术。随着智能技术的断发展，一大批新型智能传感器的出现对机器人的应用研究起到了重要的促进作用。机器视觉技术的工作原理是，被摄取目标通过图像摄取装置转换为图像信号，被传送至专用图像处理系统，将像素分布、亮度、颜色等图像信息转换成数字化信号，图像系统再通过对这类信号的各种处理运算来提取目标特征，最终根据判别结果来控制操作现场。视觉传感器的应用可以有效提高涂胶机器人的适应能力。

（2）胶线质量控制理论与方法。较好的胶线质量控制理论和方法能够提高系统涂胶效率，甚至能够应用到涂胶工艺的智能控制。胶线质量一般可通过胶线宽度和胶线高度两个指标来考核，影响胶线质量的主要因素包括有胶液粘度、胶枪口径、涂胶高度、涂胶速度和胶管压力等，而且这些因素的变化对胶线质量的影响较为复杂，所以需寻求一种有效的方法控制胶线质量，为机器人涂胶技术的发展和研究奠定一个良好的技术基础[4]。

2 涂胶机器人技术发展趋势

2.1 多涂胶机器人与外围设备的协调控制技术

涂胶机器人并不是一个独立的工作单元，而是包含了工装卡具、胶泵胶枪和控制柜等元件的工作系统，要提高工作效率，必须使系统的各个元件协调工作。多涂胶机器人系统是在单涂胶机器人系统的基础上发展起来的,它与外围设备相互配合，共同完成关联的工作和任务，以实现共同的目标。在设计该类系统时，不需要追求单个系统的复杂性，而是应该按照物理、逻辑和功能上设计划分出多个具有一定独立功能的智能单体，并通过多个单体之间的配合和通信，协作完成一个全局性的涂胶任务。

2.2 多传感信息智能融合技术

越来越多的传感器在机器人系统中得以应用，例如静电电容式距离传感器、超声波触觉传感器、基于光纤陀螺惯性测量的3D运动传感器等各种新型传感器如雨后春笋般出现[5]。这是因为，单一的传感信号的可靠性相对较低，而智能机器人对可靠性的要求很高，需要多传感智能信息相互融合，使得系统能够对各种信息综合处理，并通过多信息提供的数据判断正确的环境，从而让机器人快速、准确的完成最终目的。

3 结论

世界工业技术的发展中，机器人技术的研究占有重要地位，机器人技术的应用和发展对工业技术的进步起到了极大的推动作用。近几年，涂胶自动化已渐渐成为趋势，我国在工业机器人所涉及的机器人技术、仿真技术与离线编程、信息传感、智能控制等方面进行了大量研究，并对多项重点技术进行了攻关。相信随着科学技术的不断发展，涂胶机器人还有更多值得深入研究的方向和更加广泛的应用，并在未来为越来越广的领域提供更优质高效的服务。

[1]唐德威，宗德祥，邓宗全，李明章.涂胶机器人视觉系统的应用研究[J].机器人，2006，28（1）.

[2]陈世雄.涂胶机的设计及涂胶工艺研究[J].广西机械，1996.

[3]孙增圻.机器人系统仿真及应用[J].系统仿真学报，1995，7 （3）：23-29.

[4]林粤科，林君健，张晓瑾，梅雪川.面向涂胶机器人的胶线质量模型研究[J].机床与液压，2014，42（3）.

[5]朱万辉.七自由度焊接机器人控制系统设计[D].马鞍山：安徽工业大学，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