在工業(yè)自動(dòng)化浪潮持續(xù)推進(jìn)的當(dāng)下，噴涂機(jī)器人已成為制造業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵裝備。尤其是在汽車整車及零部件噴漆生產(chǎn)領(lǐng)域，噴涂機(jī)器人憑借提升涂裝質(zhì)量、提高噴涂效率、節(jié)約成本以及降低 VOC 等顯著優(yōu)勢(shì)，贏得了市場(chǎng)的高度認(rèn)可，甚至成為眾多汽車生產(chǎn)產(chǎn)線的必備配置。隨著“工業(yè) 4.0”、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，噴涂機(jī)器人的智能化研發(fā)進(jìn)程不斷加速，在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，同時(shí)也面臨著一些應(yīng)用瓶頸，未來發(fā)展前景廣闊。
目前，市場(chǎng)上多數(shù)工業(yè)機(jī)器人采用半閉環(huán)控制方式，在傳統(tǒng)抓取、焊接等場(chǎng)景下，其軌跡精度和重復(fù)定位精度能控制在 1mm 以內(nèi)，技術(shù)短板不明顯。但在噴涂應(yīng)用中，由于需要在產(chǎn)品表面特定位置快速、精準(zhǔn)地改變噴涂參數(shù)或進(jìn)行開關(guān)槍操作，半閉環(huán)控制的弊端便凸顯出來。運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)無法及時(shí)獲取機(jī)器人準(zhǔn)確位置，導(dǎo)致實(shí)際控制點(diǎn)和理論控制點(diǎn)出現(xiàn)偏差，調(diào)試工作量巨大。
《2025-2030年全球及中國噴涂機(jī)器人行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》指出，為解決這一問題，研發(fā)人員通過改進(jìn)控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的閉環(huán)控制。比如將伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)值同時(shí)發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器和嵌入式控制器，或者增加傳感器將關(guān)節(jié)位置或轉(zhuǎn)角值發(fā)送給嵌入式控制器。如此一來，機(jī)器人可在接近理想位置點(diǎn)時(shí)才發(fā)出刷子控制數(shù)據(jù)包，有效提高了控制精度。
此外，針對(duì)噴涂過程中復(fù)雜的控制需求，多核 CPU 嵌入式控制器應(yīng)運(yùn)而生。以往通用工業(yè)機(jī)器人的單核 CPU 嵌入式控制器在處理噴涂應(yīng)用中眾多的開關(guān)量、模擬量輸入輸出以及復(fù)雜時(shí)序和控制邏輯時(shí)，計(jì)算能力和線程不足。而多核 CPU 嵌入式控制器可分別進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)控制、噴涂設(shè)備控制、安全模塊控制、生產(chǎn)信息堆棧處理，多線程執(zhí)行控制程序，多核間通過共享內(nèi)存通訊，大幅提升了系統(tǒng)整體控制精度。
同時(shí)，由于噴漆室防爆要求，噴涂機(jī)器人臂載油漆截止閥采用電氣先導(dǎo)控制，存在嚴(yán)重硬件延時(shí)響應(yīng)特性，響應(yīng)時(shí)間約 100ms 且不穩(wěn)定。為克服這一問題，前饋控制技術(shù)被應(yīng)用其中，機(jī)器人可根據(jù)當(dāng)前實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度預(yù)判，提前若干機(jī)器周期發(fā)出刷子控制數(shù)據(jù)包，確保實(shí)際控制點(diǎn)與理想位置點(diǎn)誤差在可控范圍內(nèi)。
機(jī)器人離線仿真技術(shù)已發(fā)展多年，基于 TCP 速度、加速度的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真較為成熟，但基于伺服電機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的動(dòng)力學(xué)規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃協(xié)同仿真難度較大，成熟仿真軟件較少。若能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，將對(duì)項(xiàng)目前期規(guī)劃、離線軌跡編程及優(yōu)化、工藝調(diào)試等工作產(chǎn)生重大意義。
在扇面模型及膜厚仿真方面，當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用中通過噴板測(cè)量膜厚表征扇面油漆顆粒密度分布的方法，對(duì)測(cè)試條件要求苛刻，且對(duì)車身內(nèi)板噴涂和復(fù)雜型面產(chǎn)品指導(dǎo)意義有限。而結(jié)合機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度仿真和不同刷子下的扇面模型進(jìn)行膜厚仿真，可依據(jù) TCP 實(shí)際速度、霧化器扇面與被噴涂產(chǎn)品表面相交面的顆粒密度等參數(shù)，快速預(yù)測(cè)車身不同部位及復(fù)雜型面產(chǎn)品表面的膜厚分布，為仿形優(yōu)化和刷子匹配提供有力指導(dǎo)，有效縮短調(diào)試時(shí)間、提高效率、降低成本。
對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品如車身的機(jī)器人在線軌跡生成，技術(shù)難度大且車身噴涂調(diào)試周期長，需求相對(duì)不迫切。但在板式家具、門窗等簡(jiǎn)單定制產(chǎn)品領(lǐng)域，已開展實(shí)踐探索。通過視覺識(shí)別產(chǎn)品輪廓，機(jī)器人可自動(dòng)規(guī)劃噴涂軌跡，成功解決了產(chǎn)品尺寸定制、小批量多品種的應(yīng)用難題。
隨著涂裝車間步入 “工業(yè) 4.0” 階段，依托 ERP、PLM、WMS、MES 等眾多管理及生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，噴涂機(jī)器人系統(tǒng)可與之實(shí)現(xiàn)直接或間接通訊，完成信息流及物料流的互通，有力推動(dòng)了 “工業(yè) 4.0” 和物聯(lián)網(wǎng)在涂裝車間的落地實(shí)施。
白車身攜帶車身信息、顏色等數(shù)據(jù)進(jìn)入噴漆室，噴涂機(jī)器人系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)后按車型和顏色噴涂，并將噴涂時(shí)間、油漆耗量等信息反饋給信息中心。同時(shí)，機(jī)器人還能批量記錄噴涂過程中的溫濕度、油漆批次及黏度、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度等關(guān)鍵變量，用于質(zhì)量分析和預(yù)警，確保涂裝質(zhì)量的穩(wěn)定性和可追溯性。
在噴涂機(jī)器人的維護(hù)保養(yǎng)方面，換色閥、主針閥所用 O 形圈等易損件的更換至關(guān)重要。以往靠人工統(tǒng)計(jì)閥的動(dòng)作頻次困難，多采用生產(chǎn)時(shí)間大致推算，甚至等出現(xiàn)質(zhì)量缺陷才發(fā)現(xiàn)易損件損壞并更換。
如今，智能維護(hù)保養(yǎng)系統(tǒng)通過統(tǒng)計(jì)每個(gè)閥動(dòng)作頻次，對(duì)閥的更換進(jìn)行提前預(yù)警，同時(shí)對(duì)周期性保養(yǎng)項(xiàng)目進(jìn)行提示和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)了非周期管理維護(hù)保養(yǎng)項(xiàng)目的科學(xué)指導(dǎo)，提升了維護(hù)保養(yǎng)效率，有助于深入實(shí)施 TPM 體系，提高設(shè)備綜合利用率。
汽車工業(yè)憑借高產(chǎn)量、高營收、高利潤率和高生產(chǎn)準(zhǔn)入門檻等特點(diǎn)，嚴(yán)格貫徹 ISO 9001、IATF 16949 等質(zhì)量管理體系，依據(jù) APQP 和 PPAP 進(jìn)行量產(chǎn)前開發(fā)及認(rèn)證放行，為噴涂機(jī)器人提供了長周期、多階段的調(diào)試優(yōu)化時(shí)間，也有力促進(jìn)了噴涂機(jī)器人先進(jìn)功能的開發(fā)。
然而，一般工業(yè)產(chǎn)品普遍具有小批量多品種、開發(fā)周期短、利潤率低的特點(diǎn)，使用的油漆種類繁多且要求各異，再加上技術(shù)人才流失嚴(yán)重、技術(shù)積累緩慢等問題，嚴(yán)重制約了噴涂機(jī)器人在一般工業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。
未來，采用無過噴和開關(guān)槍精確控制技術(shù)相結(jié)合的噴涂機(jī)器人系統(tǒng)，在車身套色噴涂領(lǐng)域?qū)碛袕V闊的應(yīng)用前景，能夠滿足定制化、個(gè)性化、高端化的裝飾需求，同時(shí)大幅提高涂料傳遞效率，降低 VOC 排放。
智能噴涂機(jī)器人系統(tǒng)還將全面服務(wù)于涂裝車間產(chǎn)線規(guī)劃、調(diào)試、量產(chǎn)信息化和質(zhì)量控制、維護(hù)保養(yǎng)等各個(gè)環(huán)節(jié)，為汽車工業(yè)的繁榮發(fā)展提供更強(qiáng)大的技術(shù)支撐。并且，隨著汽車工業(yè)技術(shù)的沉淀積累以及機(jī)器人智能技術(shù)的持續(xù)突破，有望實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在線軌跡生成，打破調(diào)試周期短、小批量、多品種的應(yīng)用瓶頸，在一般工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大范圍推廣應(yīng)用。
綜上所述，2025年噴涂機(jī)器人行業(yè)在智能化技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用上已取得顯著成果，在汽車領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。盡管在一般工業(yè)領(lǐng)域推廣面臨諸多挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，未來噴涂機(jī)器人有望突破瓶頸，實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，為制造業(yè)的智能化升級(jí)持續(xù)賦能。
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