基于安川EXP2800喷涂机器人防爆系统的研究与应用

基于安川 EXP28 00喷涂机器人防爆系统的研究与应用

黄雷 骆蔚蓝 胡骏杰

广汽乘用车有限公司

摘要：喷涂机器人是现代制造设计的关键组件，也是工业化自动生产的基础，但是喷涂机器人的运动充满各种不安全因素，工作环境也充满了易燃易爆的颜料和溶剂，机器人所使用的伺服电机、接线盒和电缆连接器等可能会产生火花，因此必须确保在实际应用中机器人的安全运动和防爆要求能够达到标准。本文着重介绍了喷涂机器人的结构特点与性能，通过分析安川EXP2800喷涂机器人的安全设计，旨在提升我国高端制造业的国际竞争力，提高机器人的防爆系统作用。

关键词：安川EXP2800；喷涂机器人；防爆系统

引言

随着我国工业化程度的提高，工业机器人利用率不断提升，喷涂机器人是工业机器人最重要的成员之一，其应用范围也越来越广泛，与其他工业机器人相比，喷涂机器人通常安装在封闭的喷涂间中，以喷涂工件的内表面和外表面^[1]。由于喷涂间内机器人的构建易燃易爆，如果遇到火花或达到一定温度时可能会发生爆炸，因此，防爆系统设计对喷涂机器人正常运行起着至关重要的作用。喷涂机器人在运动学基础上建立了动力学方程，可以为电机选择提供要点分析和评估依据，本文以安川EXP2800喷涂机器人为主，研究机器人防爆系统的设计，为相关内容的研究提供参考。

1. 喷涂机器人结构特点

一般来说，安川EXP2800喷涂机器人的主体由基部、腰部关节、大型手臂、大臂关节和前臂组成，每个关节驱动马达分别安装在腰椎关节腔和上臂关节腔，小臂关节其他自由度由机械传动控制，底座通常用于接线端的安装和进气内部管道的分布^[2]。由于实际工业生产有一定的特性，喷涂机器人需要很长时间在电动机与机械传动装置之间工作，由于电动机与机械传动装置之间的摩擦所产生的热量相对较大，通常，连续气流用于实现正压防爆，同时，热量被气流带走，这需要稳定气源长期正压。机器人示教前应仔细检查机器人的动作是否出现异常，外部电线与外包装是否出现破损，确保无误后进行示教工作，示教后需将编程器用完放回原处，另外，为确保精确定位，喷涂机器人采用绝对式类型编码器设计，但需要注意的是，操作机器人之前应将编程器的急停键按下，当急停解除后接通伺服电源，将发生的事故及时解除，如果此过程出现误操作就可能引发人身伤害事故的发生，因此，应确保在理解说明书“警告标志”的基础上进行机器人的使用。

二、喷涂机器人结构设计方案

2.1结构优化设计

根据机器人操作要求，应该在综合检查成本和性能的基础上优化并行系统的功能组件，作为工位分度机构，需要做好工作台移动机构和喷涂机器人详细的结构设计。同时，使用机器人有限元分析软件工作站执行比例参数优化期间，可以将机器人动力学性能反过来，分析每个分支成员的位置和变量的变化率，以及每个杆速度的线性组合。

2.2运动学建模

安川EXP2800喷涂机器人应基于四元素和空间算子代数，建立并联机构的操作动力学描述模型，用于分析每个分支构件的质心速度和角速度的运动学性能，包括整体工作空间和机器人工作站的奇异性性能分析，并建立机器人系统的运动控制模型。学习平行喷涂机机器人与工作台协调运动规划方法，从而对机器人手臂的轨迹进行编程，满足机器人工作站各单元之间协调运动的插补算法模拟，除了严格遵守喷涂线的特殊操作环境外，其防爆标准还需使用整体平行喷涂机器人。

2.3防尘防爆设计

喷涂机器人主体设计为防尘结构，并且保留了除尘接口，除尘接口通过金属软管已经连接到除尘系统，从而减少粉尘污染的影响，其密封控制柜及重要电气设备控制柜的门和电线，可以使用所有其他接缝密封垫，例如聚氨酯泡沫密封条或密封剂进行密封处理，而逆变器面板的键盘孔用胶带严格密封或用假面板代替，以防止灰尘进入逆变器。安川EXP2800喷涂机器人防爆原理是由于粉尘和点火能量出现在相同环境中的概率等于或接近零，或者电气设备暴露的能量不足以点燃灰尘或油漆雾，这可以通过组合隔离和限制释放的能量来完成防爆。

三、安川EXP2800喷涂机器人防爆控制系统设计

3.1硬件设计

安川EXP2800喷涂机器人防爆系统的硬件设计主要使用PMAC运动控制卡实现重型机器人的控制，整个系统采用双微机分级控制模式，即上层嵌入式内置PC负责系统管理，路径规划和从属PMAC移动控制器可以改善嵌入式PC和PMAC交换数据速度^[3]。同时，将被嵌入式PC存储器中轨迹数据下载到PMAC时，单元配置信息和状态信息被反馈到嵌入式PC，基于控制系统的硬件结构，建立了传递函数模型并反馈错误信息的多层，进而实现机器人良好运动性能的算法。

3.2软件设计

喷涂机器人防爆系统工作站控制软件采用模块化设计，分为上位机功能模块和下位机功能模块。其中上位机功能模块通过PMAC的控制开发通讯，主要用于轨迹规划、参数设置、修改和机器人手动作操作，而下位机软件使用PMAC自己的语言进行开发，实现机器人工作站的运动学计算。

3.3防爆系统结构设计

安川EXP2800喷涂机器人防爆系统由一个壳体、一个流量传感器、一个减压阀和一个气体组成。主要功能是收集正压力和流量传感器中差压开关的信号，通过加工接收到的信号控制防爆电磁阀的换向，将关闭喷涂机器人控制系统的电源，进行更改以确保喷涂机器人的正常运行^[4]。

3.4防爆实验结果

安川EXP2800喷涂机器人在提升其防爆系统的基础上，需要在通电之前，启动压力防爆气体回路，调节减压阀，使气源压力进入正压壳体，当保护气体流量达到设定值时，增加空气流量。同时，空气交换完成后，喷涂机器人需要进行控制系统通电，保持正压过程，当保护气体流过时压力壳中气体流量不小于350L/min，正压值不低于1000Pa时，喷涂机器人可以进入正常喷涂工作。同时，当PLC检测到差压开关断开连接时，系统将自动关闭电源并报警，以达到防爆的目的。

结束语

综上所述，通过与国外先进机器人制造公司的喷涂机进行综合比较，本文对安川EXP2800喷涂机器人制造了防爆装置，经过多次实验和调试，已经达到了预期效果，能有效实现喷涂机器人的防爆功能。另外，在满足设计刚度和强度的基础上，也可将气体压力和流量值进行适当调整，以提高加工质量和检测精度，从而确保喷涂机器人安全有效运行。

参考文献

1. 张亚军,李少希,冯双霞,等.浅谈安川喷涂机器人系统典型故障排除方法[J].汽车实用技术,2019,300(21):150-152.

2. 潘敬锋,王正雨,王道明,等.基于试验与仿真联合分析的喷涂机器人轨迹精度可靠性研究[J].机械工程学报,2020,56(19):223-233.

3. 郭亭亭,刘文涛,李希彬,等.防爆型消防侦察机器人的研发与应用[J].机电信息,2020,11(8):36-37.