在工業(yè)自動化浪潮持續(xù)推進的當下，噴涂機器人已成為制造業(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，贏得了市場的高度認可，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，噴涂機器人的智能化研發(fā)進程不斷加速，在多個關(guān)鍵領(lǐng)域取得了重要進展，同時也面臨著一些應(yīng)用瓶頸，未來發(fā)展前景廣闊。
目前，市場上多數(shù)工業(yè)機器人采用半閉環(huán)控制方式，在傳統(tǒng)抓取、焊接等場景下，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、精準地改變噴涂參數(shù)或進行開關(guān)槍操作，半閉環(huán)控制的弊端便凸顯出來。運動控制器發(fā)送數(shù)據(jù)包時無法及時獲取機器人準確位置，導(dǎo)致實際控制點和理論控制點出現(xiàn)偏差，調(diào)試工作量巨大。
《2025-2030年全球及中國噴涂機器人行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》指出，為解決這一問題，研發(fā)人員通過改進控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)機器人運動規(guī)劃的閉環(huán)控制。比如將伺服電機旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)值同時發(fā)送給驅(qū)動器和嵌入式控制器，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，機器人可在接近理想位置點時才發(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)運而生。以往通用工業(yè)機器人的單核 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)雜時序和控制邏輯時，計算能力和線程不足。而多核 CPU 嵌入式控制器可分別進行運動學(xué)動力學(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，由于噴漆室防爆要求，噴涂機器人臂載油漆截止閥采用電氣先導(dǎo)控制，存在嚴重硬件延時響應(yīng)特性，響應(yīng)時間約 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，機器人可根據(jù)當前實際運動速度預(yù)判，提前若干機器周期發(fā)出刷子控制數(shù)據(jù)包，確保實際控制點與理想位置點誤差在可控范圍內(nèi)。
機器人離線仿真技術(shù)已發(fā)展多年，基于 TCP 速度、加速度的運動學(xué)仿真較為成熟，但基于伺服電機扭矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的動力學(xué)規(guī)劃與運動學(xué)規(guī)劃協(xié)同仿真難度較大，成熟仿真軟件較少。若能準確預(yù)測機器人實際運動速度和運動時間，將對項目前期規(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，當前工業(yè)應(yīng)用中通過噴板測量膜厚表征扇面油漆顆粒密度分布的方法，對測試條件要求苛刻，且對車身內(nèi)板噴涂和復(fù)雜型面產(chǎn)品指導(dǎo)意義有限。而結(jié)合機器人實際運動速度仿真和不同刷子下的扇面模型進行膜厚仿真，可依據(jù) TCP 實際速度、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)試時間、提高效率、降低成本。
對于復(fù)雜產(chǎn)品如車身的機器人在線軌跡生成，技術(shù)難度大且車身噴涂調(diào)試周期長，需求相對不迫切。但在板式家具、門窗等簡單定制產(chǎn)品領(lǐng)域，已開展實踐探索。通過視覺識別產(chǎn)品輪廓，機器人可自動規(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)，噴涂機器人系統(tǒng)可與之實現(xiàn)直接或間接通訊，完成信息流及物料流的互通，有力推動了 “工業(yè) 4.0” 和物聯(lián)網(wǎng)在涂裝車間的落地實施。
白車身攜帶車身信息、顏色等數(shù)據(jù)進入噴漆室，噴涂機器人系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)后按車型和顏色噴涂，并將噴涂時間、油漆耗量等信息反饋給信息中心。同時，機器人還能批量記錄噴涂過程中的溫濕度、油漆批次及黏度、機器人運動速度等關(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。
在噴涂機器人的維護保養(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)計閥的動作頻次困難，多采用生產(chǎn)時間大致推算，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，智能維護保養(yǎng)系統(tǒng)通過統(tǒng)計每個閥動作頻次，對閥的更換進行提前預(yù)警，同時對周期性保養(yǎng)項目進行提示和預(yù)警，實現(xiàn)了非周期管理維護保養(yǎng)項目的科學(xué)指導(dǎo)，提升了維護保養(yǎng)效率，有助于深入實施 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)準入門檻等特點，嚴格貫徹 ISO 9001、IATF 16949 等質(zhì)量管理體系，依據(jù) APQP 和 PPAP 進行量產(chǎn)前開發(fā)及認證放行，為噴涂機器人提供了長周期、多階段的調(diào)試優(yōu)化時間，也有力促進了噴涂機器人先進功能的開發(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，使用的油漆種類繁多且要求各異，再加上技術(shù)人才流失嚴重、技術(shù)積累緩慢等問題，嚴重制約了噴涂機器人在一般工業(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、個性化、高端化的裝飾需求，同時大幅提高涂料傳遞效率，降低 VOC 排放。
智能噴涂機器人系統(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、維護保養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)，為汽車工業(yè)的繁榮發(fā)展提供更強大的技術(shù)支撐。并且，隨著汽車工業(yè)技術(shù)的沉淀積累以及機器人智能技術(shù)的持續(xù)突破，有望實現(xiàn)機器人在線軌跡生成，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)的不斷進步和創(chuàng)新，未來噴涂機器人有望突破瓶頸，實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，為制造業(yè)的智能化升級持續(xù)賦能。
在智能制造浪潮的推動下，噴涂機器人正成為工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要角色。2025年，噴涂機器人行業(yè)迎來新的發(fā)展階段，編程方法與遙操作技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，為行業(yè)發(fā)展注入強勁動力，深刻影響著各領(lǐng)域的生產(chǎn)模式與效率。
噴涂機器人的示教編程作為基礎(chǔ)編程方式，正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)人工操作向智能化的轉(zhuǎn)變。人工拖動示教在實際應(yīng)用中存在精度不足與依賴經(jīng)驗的問題，不過，隨著技術(shù)的發(fā)展，新型示教設(shè)備如 ABB 的 3D 操縱桿、KUKA 的 6D 空間示教鼠標等不斷涌現(xiàn)，顯著提升了操作的便捷性。同時，學(xué)者們通過優(yōu)化示教數(shù)據(jù)處理算法，如王艷春等對運動數(shù)據(jù)進行優(yōu)化載入，使機器人運動軌跡更加平滑;陳宇鵬等基于樣條曲線擬合和運動規(guī)劃的優(yōu)化方法，提高了示教機器人再現(xiàn)運動的平穩(wěn)性。此外，機器視覺與示教編程的結(jié)合，催生了被動式和主動式視覺示教等新型模式，極大地拓展了示教編程的應(yīng)用場景。
離線編程憑借其安全高效的特點，成為當前噴涂機器人編程的主流方式?！?a href="http://www.74cssc.cn/report/16712527.html" target="_blank">2025-2030年全球及中國噴涂機器人行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》指出，從20世紀發(fā)展至今，離線編程系統(tǒng)不斷完善，功能愈發(fā)強大。學(xué)者們基于不同平臺開發(fā)了眾多離線編程軟件，如周青松基于 Solidworks 和 Visual C 平臺，郭世輝基于 CATIA 平臺，蔡振華基于 Open Cascade 平臺等。同時，國內(nèi)外企業(yè)也推出了一系列商業(yè)化離線編程系統(tǒng)，如德國西門子的 RobCAD、加拿大的 RobotMaster 等，這些系統(tǒng)在汽車、船舶等行業(yè)的噴涂作業(yè)中發(fā)揮著重要作用。
噴涂軌跡規(guī)劃是噴涂機器人編程的核心，直接影響噴涂質(zhì)量。對于大型復(fù)雜工件的噴涂作業(yè)，傳統(tǒng)軌跡規(guī)劃方法已難以滿足需求。近年來，學(xué)者們在噴涂機器人結(jié)構(gòu)、噴涂模型和規(guī)劃算法方面開展了大量研究。在結(jié)構(gòu)方面，多自由度、特種機器人、柔索并聯(lián)等新型結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn);在噴涂模型方面，基于 CFD 數(shù)值模擬和三維重建技術(shù)的模型不斷改進;在規(guī)劃算法方面，遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能算法被廣泛應(yīng)用，有效提高了噴涂軌跡的規(guī)劃質(zhì)量和效率。
隨著虛擬現(xiàn)實和數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展，基于虛擬現(xiàn)實的噴涂機器人離線編程成為新的研究熱點。這種編程方式通過構(gòu)建虛擬環(huán)境，實現(xiàn)人機沉浸式交互，簡化了編程流程，降低了對編程者技術(shù)水平的要求。例如，Burghardt 等利用虛擬現(xiàn)實和數(shù)字孿生實現(xiàn)機器人編程，Liu 等基于 Unity 3D 引擎構(gòu)建數(shù)字孿生模型輔助機器人遠程編程，這些研究為噴涂機器人編程帶來了全新的思路和方法。
遙操作系統(tǒng)主要由操作者、主端機器人、從端機器人、通信環(huán)節(jié)和外部任務(wù)環(huán)境組成。在主端設(shè)備方面，多自由度力反饋主端設(shè)備和數(shù)據(jù)手套等不斷發(fā)展，為操作者提供了更加真實的操作體驗。同時，人機交互技術(shù)的進步，如手勢識別、肢體運動信息識別等，增強了系統(tǒng)的交互性和可操作性，使操作者能夠更加便捷地控制噴涂機器人進行遠程作業(yè)。
穩(wěn)定性和透明性是遙操作系統(tǒng)的關(guān)鍵指標，而數(shù)據(jù)通信時延是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素。為解決這一問題，學(xué)者們采用了無源控制、Lyapunov 理論以及各種智能控制算法。例如，Sun 等結(jié)合時域無源控制和波變量方法提升系統(tǒng)透明性，Yang 等使用滑?？刂破骱蛿U展狀態(tài)觀測器保證系統(tǒng)跟蹤誤差收斂。此外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用也為解決通訊時延問題提供了有效途徑，通過在主端建立虛擬環(huán)境，使操作者能夠獲得實時準確的反饋信息。
2025年，噴涂機器人行業(yè)將在編程方法和遙操作技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新下，朝著數(shù)字化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向加速發(fā)展。在編程方法上，基于拖動示教的編程將借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機器學(xué)習(xí)實現(xiàn)更精準的軌跡優(yōu)化;三維重建和點云處理算法的改進將提升復(fù)雜工件模型重建效率;云端智能編程系統(tǒng)的開發(fā)將實現(xiàn)資源共享與智能化升級。在遙操作技術(shù)方面，虛擬現(xiàn)實、混合現(xiàn)實與多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的結(jié)合，將打造更直觀高效的遙操作視覺界面;多邊協(xié)調(diào)遙操作控制系統(tǒng)的研究將推動多機協(xié)同作業(yè)的廣泛應(yīng)用。
綜上所述，智能噴涂機器人編程方法與遙操作技術(shù)的發(fā)展，正為工業(yè)生產(chǎn)帶來深刻變革。盡管目前仍面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，但隨著各學(xué)科的深度融合與技術(shù)的不斷突破，未來噴涂機器人將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為智能制造的發(fā)展提供強大支撐。
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