摘要：为提高涂胶机器人在线调试的效率，结合在改款车型的涂胶轨迹程序编制及调试中的应用经验，以车底焊缝胶机器人为例，从虚拟环境的搭建，离线编程，虚拟仿真3个方面对涂胶轨迹离线编程仿真技术进行了探究及论述。实践证明，涂胶机器人涂胶轨迹离线编程仿真技术可有效提高在线调试效率，减少在线调试时间。
关键词：涂胶机器人离线编程
虚拟仿真
中图分类号：TQ639
文献标识码：B
DOI ：10.19710/Jki.1003-8817.20190270
涂胶机器人涂胶轨迹离线编程仿真技术应用探究
王泽龙
潘雷亮
王圣男
乔伟
肖飞
（北京汽车股份有限公司，北京101300）
作者简介：王泽龙（1987—），男，中级工程师，硕士学位，主要研究涂装机器人的规划及技术应用。
1前言
目前机器人在汽车涂装喷漆工序中得到广泛
的应用，随着机器人技术的不断成熟以及车型对涂胶质量要求的不断提高，人力成本的增加，涂胶工序也逐步开始应用机器人。目前在车底焊缝涂胶（UBS ），底部减震胶（UBC ），裙边胶（RPP ）等工序应用机器人较多。随着对材料和涂胶质量要求的提高，水性阻尼胶（LASD ），内板涂胶也逐渐应用机器人[1]。在新车型导入过程中，机器人涂胶轨迹的编制及调试，主要依靠在线示教。在线示教的工作量大且周期较长。涂胶轨迹离线编程仿真技术可以提高在线调试的效率，减少在线调试时间。
作者对涂胶离线编程仿真技术进行了探究，并在三款改款车型的涂胶轨迹程序编制上进行了应用。从虚拟环境的搭建，离线编程，虚拟仿真三个方面对涂胶轨迹离线编程仿真技术进行了论述，希望为以后涂
胶机器人的规划建设项目及使用提供借鉴。
不同的涂胶工序因为工艺要求的不同，在涂胶轨迹程序的编制上也存在差异。因车底焊缝胶的涂胶轨迹编程工作量和难度都比较大，因此主要论述了车底焊缝胶机器人的涂胶轨迹离线编程仿真技术。
2涂胶机器人站工作流程
涂胶机器人站包括机器人本体，七轴轨道，机
器人控制柜，站控制柜，视觉系统，输送装置，安全光栅，胶系统。
工作流程，新车型通过视觉系统测量，确认车身位置（工件坐标），该位置是调试和生产的基准。生产时，车身进入站内，输送进行锁紧，然后视觉系统对车身位置进行测量，并将测量的位置偏差传输给机器人。机器人接受位置偏差后进行涂胶。涂胶完成后，车身出站。
3涂胶轨迹离线编程仿真
离线编程仿真是在PC 机上搭建虚拟环境，根
据车身数模和工艺要求完成机器人的涂胶轨迹编程，并进行虚拟仿真验证。经过虚拟仿真验证合格的离线程序直接导入到现场供机器人使用。因此离线编程仿真，需具有必要的虚拟环境，且虚拟环境和现实环境具备高复合度，这样经过虚拟仿真验证的离线程序，才具有实用性，真正起到提高调试效率，减少现场调试时间的作用。目前喷漆机器人仿形离线编程仿真技术已经在广泛应用[2]，而涂胶机器人的涂胶轨迹离线编程仿真应用较少。表1从机器人动作的复杂程度，工作空间，轨迹，作业对象，精度要求等5个方面和喷漆仿形离线编程仿真技术进行了对比。因为涂胶轨迹离线编程仿真有不同于喷漆仿形离线编程仿真的特点，所以在编程仿真时需要重点关注极限位置，干涉，数模的质量，车身的位置精度等。
4虚拟环境
虚拟环境是离线编程仿真的基础，包括机器
人站和车身数模。4.1
机器人站虚拟环境
机器人站虚拟环境包括机器人本体，七轴轨道，3D 胶，如图1所示。在虚拟环境中，各机器人的位
置（在世界坐标系下的位置）都是经过三维坐标测量过的，因此和现实环境的复合度满足离线编程的要求。另外在编程时，为了能目视TCP 的位置，模拟涂胶喷幅状态，需要胶喷幅的数模。4.2
车身底盘数模
车身底盘数模是离线编程仿真的作业对象。
高质量的底盘数模可以提高编程效率，并提高仿真的有效性。底盘数模的处理方法如下。
a.所有零部件需要隐藏所有点、直线、曲线、草图、曲面等编程仿真不需要的数据，以减少车身数模占用的内存，提高离线编程软件的运行速度。
b.保留焊缝附近的零件，方便进行机器人和车身的干涉检查。经处理后的车身底盘数模见图2。
离线编程时，需要根据工艺文件编制涂胶轨迹程序，但是二维的工艺文件不能直观的表示出涂胶位置，尤其是边角、多胶线等位置，在做离线编程时容易落漏。使用涂胶路线数模（图3）可以解决这个问题。车身底盘数模和涂胶路线数模的结合使用，能清晰地展现出涂胶路线，增加可视性，进而提高编程的效率。
5
轨迹编程
5.1
工具坐标和工件坐标
进行轨迹编程前首先需要确定工具坐标和工
件坐标（也称车身坐标）
中国在线编程。正确的工具坐标能保证
工作空间轨迹
作业
对象
涂胶轨迹离线编程仿真机器人工作空间小，机
器人之间以及机器人和车身之间容易发生干涉。
涂胶轨迹基本是独立的，轨迹间影响小。作业对象是车身底盘，底盘数模比较复杂，处理喷漆仿形离线编程仿真
机器人之间以及机器人
和车身之间不容易发生
干涉。
仿形轨迹需要整体规
划，互相影响。
作业对象是车身外
板，车身外板数模较简
图1机器人站虚拟环境
图2车身底盘数模
图3
涂胶路线数模
实际喷涂时，胶可以涂到焊缝上，否则，会偏离焊缝。采用3D胶，有3个嘴，每个嘴都对应1个工具坐标。各个工具坐标在建站时已经建立，所以编程时只需调用即可，但是一定要确保各个嘴调用正确的工具坐标。
工件坐标是指车身坐标原点在世界坐标系下的位置，通过视觉系统测量建立。因做离线编程时，还没有实车，所以无法进行视觉系统测量。本文讨论的是改款车型的离线编程仿真，改款车型和老车型的位置没有变化，所以直接用老款车型的工件坐标。
5.2分区域编程
编程时，对车身的底盘进行分区域编程。各区域的轨迹程序为子程序。主程序中调用各子程序。编程区域可以根据车身的物理结构进行划分，如轮罩，前地板，后地板，备胎，边梁，前机舱。分区域编程，增加了程序的可读性，以及便于设置防碰撞。5.3程序结构
程序包括主程序和子程序（轨迹程序），主程序结构如下。
a.选择机器人；
b.定义工件坐标；
c.接受视觉系统对车身位置偏差的校正值；
d.定义机器人运动的加速度和速度；
e.调用子程序（轨迹程序）；
f.设置防碰撞指令；
g.调用子程序（home位程序）；
h.释放机器人。
子程序（轨迹程序）结构如下。
a.选择机器人；
b.定义工具坐标和工件坐标；
c.接受视觉系统对车身位置偏差的校正值；
d.定义机器人运动的加速度和速度；
e.运动指令；
f.涂胶参数设置；
g.开关设置；
h.释放机器人。
5.4防碰撞设置
在完成各台机器人的轨迹程序以及主程序编制后，需要对机器人间可能存在的干涉区域设置防碰撞。设置防碰撞是要避免在正常运行情况下，喷涂相近区域时，机器人间发生碰撞。还要避免在喷涂过程中，如果某台机器人发生故障，防止其它机器人进入该喷涂区域。防碰撞设置的方法如下。
a.合理规划机器人对各区域的喷涂顺序。不同机器人对可能发生碰撞的区域进行分时喷涂。
b.添加防碰撞指令进行设置。
6虚拟仿真验证
6.1极限位置和奇点检查
利用3D-OnSite软件的极限位置检查和奇点检查功能，检查各点是否接近极限位置和奇点位置。为保证车身位置变动时，机器人不会出现极限位置报警，各轴离极限位置至少预留5°的余量。
6.2节拍分析
在确保程序能正常运行后，需对整个机器人站进行运动仿真，并输出节拍。整个站的节拍不能超过生产要求的节拍，且为保证各机器人的工作量均衡，各机器人的节拍差异不能太大。如果不能满足上述要求，需要重新分配机器人的工作量或者修改程序直至符合要求。
6.3干涉验证
干涉验证的内容如下。
a.验证防碰撞指令的设置是否生效；
b.验证在正常运行时，机器人与机器人之间，机器人与车身之间是否有干涉。在机器人运行时如果有干涉，干涉的部位会显示红；
c.验证某台机器人在home位，其它机器人运行，是否存在干涉。
6.4平顺性验证
涂胶时，机器人变换位姿，机器人会减速。位姿变换越大，减速越明显，机器人的运行的平顺性也越差。当减速超过50%时，机器人运行的平顺性很差，会产生明显积胶（图4）。通过虚拟仿真可验证机器人运行时的减速情况。对减速比较明显的
轨迹，需要调整轨迹程序。调整的方法如下。a.添加过渡点，让机器人位姿平顺转换；b.涂胶轨迹减少小角度（小于90度）转弯。6.5
七轴运行验证
编程时，机器人七轴的位置是系统默认分配的。如果直接使用默认分配的七轴位置，在喷涂某些区域时，七轴会出现频繁的微动，导致七轴的磨损加快，影响使用寿命。因此需要对七轴的运行进行虚拟仿真验证并进行优化。七轴频繁微动的优化方法是：通过虚拟仿真，寻可以完成该区域涂胶的一个七轴位置，并把这个位置写入程序。
7结束语
涂胶机器人离线编程仿真技术得以应用，首
先具备完整的虚拟环境（机器人站的数模、车身数模）。其次通过三维坐标测量技术精确确定机器人的位置，通过视觉系统确认车身的位置，保证了虚拟环境和现实环境具有高复合度。最后虚拟仿真验证以及根据验证结果进行程序优化，保证了离线程序的可用性。
本文是以改款车型为基础进行论证的，工件
坐标用的是老款车型的。那么对全新车型，没有实车之前如何确定工件坐标，是后期需要解决的一个课题。
参考文献：
[1]何彬等.新型水性阻尼材料在汽车涂装中的应用[J].涂料工业,2014,44（6）:61-68．
[2]王泽龙.涂装喷漆机器人仿形离线编程仿真技术应用探究[J].现代涂料与涂装,2019（2）:34-40．
图4
积胶问题

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