1.1國外智能噴涂系統(tǒng)研究現(xiàn)狀機(jī)械噴涂在國外已經(jīng)是發(fā)展的比較早，到如今有30年發(fā)展歷史。國外主要在軌跡優(yōu)化和建模分析方面的研究比較成熟。1986年，Klein首先討論了噴涂系統(tǒng)的離線編程技術(shù)，建立了離線編程系統(tǒng)，可以進(jìn)行交互設(shè)計(jì)、噴槍仿真和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡分析I2]。2000年，Zaki等人使用工件掃描方法獲得工件的CAD數(shù)據(jù)后，探討了噴涂機(jī)器人三維空間軌跡的設(shè)計(jì)方法。這是較早研究曲面上噴涂機(jī)器人噴槍軌跡規(guī)劃問題的文獻(xiàn)13。sheng夢等人按照工件的幾何特性，進(jìn)一步提出了噴涂機(jī)器人噴槍三維空間路徑設(shè)計(jì)的相關(guān)原則，并指出確定兩個(gè)噴涂行程的涂層重疊區(qū)域?qū)挾仁巧蓢姌屄窂降年P(guān)鍵因素[?。同年，Veljko等人從噴涂機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)性能方面入手進(jìn)行噴槍軌跡的優(yōu)化，以降低涂料消耗和電機(jī)負(fù)載為目標(biāo)，在保證噴涂質(zhì)量的情況下，對(duì)噴涂過程中的各個(gè)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化5。2002年，Chen等人使用三角劃分的方法對(duì)工件進(jìn)行造型，利用平面上的噴涂模型對(duì)涂層重疊區(qū)域?qū)挾冗M(jìn)行優(yōu)化后，生成噴槍空間路徑，并在曲率變化較小的曲面上實(shí)現(xiàn)了沿指定空間路徑的噴涂機(jī)器人噴槍軌跡的優(yōu)化6。2005年，Sheng等人提出了一種復(fù)雜自由曲面噴涂機(jī)系統(tǒng)的噴涂槍路徑規(guī)劃方法，通過建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，對(duì)噴涂系統(tǒng)的噴涂槍路徑模式和行走方向進(jìn)行優(yōu)化7。同年，Coun等人提出了平面上的高壓靜電旋杯(ESRB)二維涂層生成模型，并對(duì)現(xiàn)代靜電噴涂機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法進(jìn)行了初步探討8。同年，Atkar提出了一種根據(jù)曲率將工件分塊噴涂的方法：將復(fù)雜的工件表面分割成若干個(gè)規(guī)則的或簡單平面子集，然后利用簡單的噴涂程序?qū)Ω髯蛹M(jìn)行噴涂，從而大大縮短了自動(dòng)噴涂的軌跡規(guī)劃編程時(shí)間191。2010年，Gorfi等利用遺傳算法和圖搜索方法對(duì)噴涂系統(tǒng)路徑規(guī)劃進(jìn)行了優(yōu)化，考慮了噴涂系統(tǒng)路徑規(guī)劃的約束條件。1.2國內(nèi)智能噴涂系統(tǒng)研究現(xiàn)狀隨著“2025中國制造”的不斷推進(jìn)，中國鋼鐵行業(yè)必將迎來飛快發(fā)展，機(jī)器替代人工已成為大趨勢。然而，目前工業(yè)噴漆工作主要是用手或半機(jī)器來進(jìn)行的，不僅勞動(dòng)力成本高，人們的環(huán)境污染也是非常嚴(yán)重的，各種涂層劑噴飛，致使人們的身體越來越差，長期在這樣的環(huán)境中工作，會(huì)引起中毒現(xiàn)象。因此，替代人工完成自動(dòng)噴漆任務(wù)的機(jī)器人設(shè)備研究是必然的趨勢和發(fā)展方向。結(jié)合各行業(yè)實(shí)際，陸續(xù)也出現(xiàn)各種智能噴漆系統(tǒng)的研究成果，如下是對(duì)噴漆智能系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀的研究?；竟ぷ髟硪约霸谏a(chǎn)中的應(yīng)用，闡明了機(jī)器人自動(dòng)噴涂系統(tǒng)將在汽車塑料件噴涂明，該自動(dòng)控制系統(tǒng)初步代替了渦輪葉片熱障涂層的手工噴涂，提高了熱障涂層的噴涂質(zhì)量與批量作業(yè)能力，具有高精度、高效率、低消耗的特點(diǎn)]。芳論述了大型拖拉機(jī)底盤涂裝機(jī)器人自動(dòng)噴涂工藝及設(shè)備配置和應(yīng)用情況，以及調(diào)試和使用時(shí)應(yīng)注意的問題[12。國內(nèi)許多中小企業(yè)對(duì)汽車車輪的噴涂都是手工噴涂，這極大地影響了工人的健康，而且自動(dòng)化程度低下，設(shè)計(jì)了一種簡單的噴涂系統(tǒng)可以對(duì)車輪進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)噴涂。在機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用鏈傳動(dòng)和滾子滑塊。在輪轂上表面和側(cè)面上面，各自安裝3個(gè)噴槍在同一個(gè)時(shí)間噴涂。以PLC為控制核心，利用編碼器和光屏傳感器智能檢測輪轂運(yùn)輸線路的速度和輪轂狀況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴槍噴涂動(dòng)作的噴涂機(jī)器人依據(jù)控制數(shù)據(jù)以軟硬件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)噴涂。汽車車體多樣性、生產(chǎn)的持續(xù)性和涂裝車間工藝的復(fù)雜性都會(huì)對(duì)噴涂機(jī)器人系統(tǒng)的全面、高效、穩(wěn)定功能提出較高的要求14]由于飛機(jī)體積大、重量大、工藝特殊，整機(jī)機(jī)器人噴涂系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜性高、設(shè)備投資大，要求高。很少有公司有這樣的需求和技術(shù)。對(duì)目前世界上具有代表性的整機(jī)噴涂系統(tǒng)進(jìn)行了回顧，從中歸納出整機(jī)自動(dòng)化噴涂的研制難點(diǎn)和共性關(guān)鍵技術(shù)，并在此隨著“工業(yè)4.0”的不斷推進(jìn)，機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越突出的積極作用。主要介紹了機(jī)器人噴涂系統(tǒng)在車橋噴涂中的應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)說明機(jī)器人噴涂系統(tǒng)的特點(diǎn)[16。采用離線編程軟件Robotstudio解決了渦輪葉片不規(guī)則表面機(jī)器人涂層均勻性的問題。方法是在Robotstudio軟件中建立模擬噴涂工作站，利用微積分原理將不規(guī)則葉片表面切割成16個(gè)小零件。采用連桿計(jì)算等優(yōu)化方法，編制了渦輪動(dòng)葉身的噴涂程序、外軸的軌跡修正和角度修正程序。采用掛樣法對(duì)噴淋工藝進(jìn)行了驗(yàn)證。噴涂結(jié)果表明，涂層厚度為0.11～0.15mm,非常均勻，證實(shí)了編制程序的可噴涂性17]。采用多傳感器融合技術(shù)、視覺捕捉技術(shù)及MATLAB仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)出由三條全自動(dòng)快速輸送帶、兩個(gè)噴涂機(jī)器人和兩個(gè)轉(zhuǎn)位機(jī)器人并串構(gòu)成的智能噴涂機(jī)器人工作站，利用已有空間合理設(shè)置回收腔，具有工作柔性大、協(xié)同作業(yè)精度高、占地面積小、自動(dòng)新型涂裝機(jī)器人工作站，工作柔性大、協(xié)同作業(yè)精度高、占地面積小、自動(dòng)化水平高，適用于涂裝生產(chǎn)線高質(zhì)量、高效率自動(dòng)噴涂作業(yè)，該產(chǎn)品的研發(fā)促進(jìn)了涂裝工藝的技設(shè)備行業(yè)整體的技術(shù)進(jìn)步，提升涂裝業(yè)的市場競爭力。機(jī)器人一般特點(diǎn)有：(2)機(jī)器人可以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，減少人工污染。人工生產(chǎn)會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量受工人狀態(tài)(3)機(jī)器人改善工作條件，代替人在惡劣的環(huán)境下工作。(4)機(jī)器人能持久、耐勞，增強(qiáng)生產(chǎn)安全性。(5)機(jī)器人具有很強(qiáng)的靈活性和敏感性，通過更換部件來適應(yīng)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)，并通過改變程序和自由度來達(dá)到迅速改變作業(yè)的可能性，在生產(chǎn)中發(fā)揮靈敏性作用。(6)機(jī)器人搭配圖像傳感器針對(duì)高粉塵、抖動(dòng)、強(qiáng)霧環(huán)境下的高清圖像獲取及處理問題，考慮圖像獲取中亮光源和透射率參數(shù)，利用先進(jìn)的圖像處理算法，得到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確有效的傳輸圖像，并嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)相機(jī)連接并行接口和光模塊串行接□的互相轉(zhuǎn)換，較為穩(wěn)定可靠地得到實(shí)時(shí)圖像。此外也可以結(jié)合嵌入式圖像傳輸處理系統(tǒng)的開發(fā)，設(shè)計(jì)嵌入式網(wǎng)橋和監(jiān)控單元相結(jié)合的圖像開采、圖像拆運(yùn)模塊，實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)的圖像(7)智能機(jī)器人能針對(duì)噴涂區(qū)域的識(shí)別和噴涂軌跡規(guī)劃問題，通過消除光照不均勻帶意軌跡會(huì)導(dǎo)致噴涂原料和時(shí)間的浪費(fèi)，以及噴涂厚度的不均，可以顯著提高涂層厚度的(8)基于機(jī)器視覺的多機(jī)器人智能噴涂控制系統(tǒng)，通過高清攝像頭加激光測距儀建立整個(gè)噴涂區(qū)域的3D空間模型，根據(jù)所處位置、表面結(jié)構(gòu)以及噴涂需求的不同，采取相應(yīng)的模式識(shí)別算法以及智能控制策略，控制機(jī)器人的機(jī)械臂噴涂動(dòng)作達(dá)到最佳的噴涂效果。美國還將激光掃描成像技術(shù)應(yīng)用在海底形貌測繪方面，研制出SHOALIS掃描通過對(duì)噴涂機(jī)器人操作的軌跡規(guī)劃和伺服控制，開發(fā)出滿足工件噴涂環(huán)境和要求的智能噴涂操控系統(tǒng)，研究惡劣噴涂環(huán)境中的高清圖像獲取及處理、噴涂區(qū)域識(shí)別、基于實(shí)時(shí)反饋調(diào)校的操作軌跡規(guī)劃和軌跡跟蹤控制系統(tǒng)，減少工人直接暴露在噴涂現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，特別是在汽車涂裝車間的作用得到了肯定和認(rèn)可，人們通過使用機(jī)器人節(jié)省了大量人力財(cái)力，同時(shí)提高了工作效率。機(jī)器人系統(tǒng)比較復(fù)雜，只有正確的應(yīng)用，有效的配合，才能使其優(yōu)勢充分發(fā)揮，帶來更多的效益，海馬轎車有限公司第二工廠涂裝車間噴涂機(jī)器人采用的編碼器、行程開關(guān)組合使用檢測車身工件位置的方案。并根據(jù)現(xiàn)場使用情況分析這種位置跟蹤方式下機(jī)器人的通過國際合作引進(jìn)噴涂機(jī)器人技術(shù)，完成不同臂展，不同負(fù)載要求下的4個(gè)品種系列化機(jī)器人研發(fā)和本土化制造，突破機(jī)器人手持示教技術(shù)、噴涂機(jī)器人專用手腕設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，噴涂機(jī)器人防爆技術(shù)，智能噴涂專家系統(tǒng)與機(jī)器視覺技術(shù)等。最終實(shí)現(xiàn)本和手持示教技術(shù)利用先進(jìn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)，工人直接手持機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人自動(dòng)記錄，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人應(yīng)用傻瓜化；采用基于專家系統(tǒng)的智能視覺技術(shù)，自動(dòng)識(shí)別工件輪廓，根據(jù)噴涂工藝專家系統(tǒng)完成機(jī)器人噴涂程序的自動(dòng)生成，滿足多品種混線應(yīng)用要求，整個(gè)噴在航空制造領(lǐng)域中，國內(nèi)外機(jī)器人自動(dòng)噴涂技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，并歸納了其中的關(guān)鍵問題。對(duì)噴槍的涂層厚度分布關(guān)系進(jìn)行了分析，建立了軌跡設(shè)計(jì)的優(yōu)化準(zhǔn)則，采用了一種沿指定空間路徑的軌跡規(guī)劃方法。結(jié)合噴涂機(jī)器人的離線編程能力，開展了實(shí)際噴涂試驗(yàn)，結(jié)果表明該機(jī)器人系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能有效提高涂層質(zhì)量針對(duì)冶金行業(yè)工作環(huán)境差、依靠笨重勞動(dòng)和落后的工具在高溫、高粉塵、高噪音、高危險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行高強(qiáng)度作業(yè)存在安全風(fēng)險(xiǎn)大、效率低、準(zhǔn)確率不高等問題，在學(xué)習(xí)了現(xiàn)有機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合板坯連鑄機(jī)的使用工況和技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了機(jī)器人在圓鋼端擁有智能攝像設(shè)備和對(duì)中心位置進(jìn)行計(jì)算的能力，可提供待噴涂的位置資料給自動(dòng)噴涂裝備，還可以現(xiàn)場提供涂料。實(shí)驗(yàn)表明，該圓鋼端面噴漆機(jī)器人自動(dòng)噴涂系統(tǒng)能夠滿足圓鋼端面噴涂的要求，為圓鋼端面噴涂作業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度提供了前期理論依據(jù)和技術(shù)方法支持25]。在某公司汽車維修業(yè)務(wù)中，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴涂，設(shè)計(jì)了一套智能噴涂維修系統(tǒng)。建立了8軸機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解模型，以運(yùn)動(dòng)平臺(tái)最小移動(dòng)次數(shù)為目標(biāo)對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃并使用窮舉法求解，以訪問所有目標(biāo)點(diǎn)的最短路徑為目標(biāo)對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行軌跡規(guī)劃就國內(nèi)墻面噴涂行業(yè)大部分采用噴涂效率較低的人工噴涂方式，其勞動(dòng)強(qiáng)度較大，嚴(yán)重制約噴涂效率，并且造成涂料浪費(fèi)、花費(fèi)較大等問題。而利用噴涂機(jī)器人在惡劣激光傳感器的自動(dòng)噴涂系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)器人參數(shù)建立三維模型，并對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)學(xué)問題進(jìn)行分析，利用MATLAB對(duì)其進(jìn)行軌跡規(guī)劃仿真，實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡的運(yùn)動(dòng)控制。對(duì)墻面點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取與處理的相關(guān)問題進(jìn)行研究，采用體素化降噪算法對(duì)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化；利用CloudCompare和Labview軟件設(shè)計(jì)適用于本噴涂系統(tǒng)的算法軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)墻面法向量的提取以及可視化，為機(jī)器人的軌跡規(guī)劃提供可靠的保證層最優(yōu)厚度與涂料噴涂直徑。研究機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法，提出將自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制方法進(jìn)行結(jié)合的算法，并通過MATLAB進(jìn)行仿真，對(duì)基于自適應(yīng)調(diào)整的滑模變結(jié)構(gòu)控制算法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證；將機(jī)器視覺引入到機(jī)器人的噴涂系統(tǒng)中，利面噴涂系統(tǒng)的可行性和有效性進(jìn)行驗(yàn)證29。隨著高鐵制造技術(shù)的發(fā)展和涂層工藝的需求，傳統(tǒng)的人工噴涂已無法滿足現(xiàn)有的需求，機(jī)器人自動(dòng)噴涂作為一種自動(dòng)噴涂技術(shù)，已在多個(gè)行業(yè)成熟應(yīng)用，但是在動(dòng)車組車體噴涂領(lǐng)域還未有成功應(yīng)用案例[30。為了使設(shè)備具有更大的適應(yīng)性，系統(tǒng)配備了人工噴涂三維操作臺(tái)，可兼顧自動(dòng)噴涂與人工噴涂131。介紹了整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成以及工作方式、輸供漆配置、七軸聯(lián)動(dòng)的控制原理132,主要的促進(jìn)作用：(1)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈形成(2)實(shí)現(xiàn)高端裝備國產(chǎn)化(3)項(xiàng)目為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益推動(dòng)了中國機(jī)器人研發(fā)的總體進(jìn)度和水平，提升了高端裝備行業(yè)的整體水平。該課題成果將通過少批量應(yīng)用、不斷改進(jìn)、再推廣應(yīng)用這一持續(xù)反復(fù)的產(chǎn)品化過程，并在[2]KleinA.CAD-Basedoff-lineproprammingofp[3]ZakiAziza,EskanderMona,Spraypaintingofgeneralthree-dimensionalsurface[C].IEEE/RSJInternationalConferenceonRoboticspaintingofcompoundsurfaces[C].IEEERobotsAndSystems,Japan:Tankamutsa,2000:1918-1923.AutonomousSystems,2000,32(2):17-38.paintingoffreeformsurfacesinautomotivemanufaturing[C].IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation,USA:Wa[J].IEEETransactionsonAutomationScienceandEngin[8]AtkerNPrasad,GreenfieldAaron,ConnerAlfred.HierarchicalSePaining[C].Proceedingsofthe2005Automation,Spain:Barcelona,2005:574-579.[9]ChenY.H,NegC.TandWangY.Z.Datareductirapidprototyping.InternationalJournalofComputerIntergrManufacturing,1999,12(2):[10]程群超.汽車智能修補(bǔ)噴涂系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2020.[11]趙天成.基于激光傳感器的墻面噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究[D].長春理工大[12]朱鵬濤，徐磊，趙