喷涂机器人防碰撞的主要解决措施

随着近些年来汽车行业的逐渐兴起，尤其是国内自主汽车品牌的发展，机器人越来越多的应用到汽车喷涂作业中去，这大大提高了喷涂作业效率，同时也促进了喷涂机器人行业的快速发展。在机器人喷涂过程中，各机器人作业间存在互相碰撞问题的发生，如果前期策划工作不足，极有可能出现各机器人间作业干涉的问题，造成安全事故的发生，下述以都林喷涂机器人为例，简析喷涂机器人防碰撞的主要解决措施。

1防碰撞的设计过程

喷涂机器人在喷涂过程中，机器人与壁板、同侧或对侧机器人、机器人与白车身等均可发生碰撞问题。例如对侧机器人因为同步作业原因，在喷涂至白车身大顶位置处因机器人在喷涂汇集区，极有可能导致碰撞问题的发生，需要在汇集区处设置防碰撞区域，采用错开同步的方式避免问题的发生。在喷涂机盖或后背门内板时，设置机器人喷涂作业等待点，按照等待点先后顺序进行，避免交叉作业。

都林喷涂机器人系统碰撞问题可以按碰撞种类可以分为机器人与机器人间的碰撞，机器人与喷漆室壁板间的碰撞，以及机器人与工件（白车身）之间的碰撞，按产生的原因分类可以分为因车型输入错误引起的碰撞，人员操作失误引起的碰撞，滑橇滑移产生的碰撞等。下面就上述碰撞种类及产生的原因分述喷涂机器人系统的防碰撞设计与措施。

1.1机器人与喷漆室壁板间的防碰撞设计

Doolim喷涂机器人根据使用场景需求最多可以设置32个不同的工作区域，这种工作区域我们称之为立方体区。机器人雾化器端进入立方体区喷涂作业时，机器人内置电控信号会将进入立方体区的作业信息传递给逻辑控制器，以便及时采取相应的措施防止在立方体区发生碰撞。器人与机器人之间可以定义立方体区，同样，机器人与喷漆室壁板间也可以定义，可在机器人与喷漆室壁板即将发生碰撞前设置该区域，这样当机器人进入该区域喷涂作业时，根据机器人提供的即时位置信息，及时停止机器人继续喷涂动作，这种立方体区设置功能在手动和自动模式下均适用（见图1）。

1.2机器人间的防碰撞设计

机器人外板喷涂作业时，在车身大顶中部两侧机器人同时喷涂作业极有可能发生碰撞，尤其是旋杯与机器人雾化器外部加电的放电针之间，而且还需考虑放电针间的污漆问题，避免因距离过近漆雾凝聚滴落车身造成漆膜品质问题的发生。当两侧机器人同时进入大顶喷涂作业时，可设置喷涂作业等待点或以节拍最长的机器人为先，当该机器人进入大顶防碰撞立方体区时，其他机器人停止喷涂动作并等待，可有效避免碰撞问题的发生。这里需注意一点，机器人停止喷涂动作时旋杯不得距离车身过近，以防造成吹漆等品质问题。

另外，内板喷涂机器人在后背门内板两铰链中间及机盖内板锁孔位置区，通常情况下存在交叉作业问题，建议在交叉作业区前设置喷涂等待点，添加time等待命令，待前一个喷涂完成离开后，再进入立方体区域内完成剩余喷涂作业，否则因为喷涂交叉作业存在避让区，后背门铰链中间和机盖锁钩处极易出现虚喷露底等问题。

1.3机器人与白车身之间的防碰撞设计

1.3.1人员操作失误引起的碰撞

当人工喷涂或点补车身内板时，由于作业人员失误，导致前门或后门没有正常完全关闭，机盖或后背门没有正常放下，一般的做法是通过检测车门开度及行程开关检测车身前后门是否正常关闭。针对这种情况，可在现场增设特征点捕捉光电管，用于捕捉一对或两对光电管，即在喷漆室出入口安装人员防闯入光栅外，增设特征点捕捉光电管，通过调节光电管安装高度，结合白车身进入检测开关以及PLC内的计数器，可以检测机盖与后背门是否正常关闭，避免外板机器人喷涂作业时发生碰撞。

1.3.2车型信息输入错误引起的碰撞

有多种原因可能导致机器人将要执行的程序与实际进入喷漆室的车型不符，例如在车型输入手动状态下人员的误输入，面漆到清漆线体数据传输时的传递错误，在HMI人机界面上人为修改车型等。当上述情况发生时，根据喷涂车身的几何形状（变型车因车身结构相似，存在无法识别的风险），特征点捕捉光电管可对车型进行再次进行确认，一旦发现与设置输入喷涂车型不符，便会发出报警信息，停止机器人喷涂动作，防止碰撞问题的发生。

1.3.3车身位置信息错误引起的碰撞

当滑橇在机器人工作准备区及机器人工作区内产生滑移时，将启动以下功能以避免由于车身位置错误引起的可能碰撞。

1）滑橇长度检测：当滑橇位置检测装置检测到滑橇时，PLC开始根据编码器的数值进行计数，该计数器计数值超过滑橇实际长度时，PLC产生报警，停止输送链并进行相应处理。

2）感应开关间距检测：当车身进入行程开关，机器人启动行程开关外，系统中还增设了滑橇滑移检测行程开关，该行程开关的位置根据车身离线示教编程的结果确定，具体过程如下：当滑橇触发车身进入感应开关后，PLC开始为该感应开关计数，当计数达到Distance1的距离数值后，1号启动开关应该感应到滑橇的位置，如果经过Distance1的计数长度1号启动开关仍没有检测到滑橇，说明滑橇在该区域内产生了偏移。同理，当1号启动感应开关在检测到了滑橇位置信息后同样开始计数，当计数达到Distance2值后没有碰到滑移检测行程开关，表明滑橇在Distance2段产生了偏移，依次类推，即每一个行程开关都起一个滑移检测的作用。

3）滑橇严重偏移检测：除上述措施外，在车身进入喷漆室后，可在机器人STP点（启动喷涂点感应器）前对侧安装能够同时探测滑橇位置的辅助开关，可检测滑橇偏移程度。当一侧滑橇产生严重偏离时，便无法保证探测位置辅助开关同时检测到滑橇位置信息，此时机运系统输出报警信号，停止输送链输送。

4）一般的滑橇滑移检测功能的配置见表1，面涂与中涂线体类似。

1.4高压报警

机器人内板喷涂作业时（外板喷涂很少发生高压报警问题），SAMES旋杯的高压电流会随喷涂距离发生变化，可利用变化信息增设防碰撞功能。当机器人雾化器旋杯与车身距离过小时，GNM200的输出电流可急速上升（见图2），将产生SOFT DI/DT或者COLLISIONDETECT报警，并将信号输送给逻辑控制器，及时停止机器人继续喷涂。

2结语

喷涂机器人的防撞设计在设备安装调试期前就应规划对策，随车型仿形调试阶段完成验证。一般常出现的情况是在车型仿形示教阶段，因人员操作不当或离线仿形图错误等原因，喷涂机器人与车身或喷漆室壁板发生碰撞，建议在仿形示教过程中，可将喷涂机器人旋杯拆除，安装保护罩后再进行示教。另外，喷涂仿形示教初期，一定要注意人员安全，与机器人保持在一定的安全范围外，防止机器人与操作人员或现场其他工艺人员等发生碰撞。

孟凡彬，赵亚兰（长城汽车股份有限公司，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000）

来源：孟凡彬现代涂料与涂装

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