直角坐标型喷涂机器人控制系统设计与实现

摘要

伴随着工业时代的发展与进步，“招工难、用工贵”现象已经变得频繁而普遍，各行各业亟待产业升级。作为工业机器人中特殊用途之一的喷涂机器人，目前正成为相关企业进行产业升级的重要手段。然而，市场上存在的大部分喷涂机器人以通用型关节机器人为主，价格相对昂贵，同时又缺乏行业针对性。因此这类机器人难以被大部分中小型企业所接受。
　　本文旨在开发一款具有针对性的经济型喷涂机器人。机器人主要以中小型家具企业生产的门板、门框为喷涂对象。基于喷涂对象的控制特点和实际需求，在五自由度机械结构基础上，设计了以PLC为控制核心的喷涂机器人控制系统，同时应用光幕对喷涂对象进行测量识别，获取机器人所需喷涂控制参数。本文主要内容如下：
　　1.阐述了开发经济型喷涂机器人的需求背景和当前喷涂机器人的发展现状，同时介绍了光幕测量装置的应用以及测量对象的原理。
　　2.以家具门板和门框为例，通过分析家具喷涂难点、喷涂工艺要求，本文提出了一种同步跟踪运动喷涂模式。按照机器人的定位控制要求和喷涂门板门框的运动轨迹情况以及系统整体设计的低成本要求，确立系统控制方案。
　　3.根据系统控制方案，对控制器、伺服电机、光幕测量装置进行了选型分析。同时依据系统控制需求，设计了系统控制电路和光幕测量装置的单片机电路。从系统电路抗干扰和保护设备安全角度，设计了系统的电气电路。
　　4.依据工艺流程和喷涂质量要求，设计喷涂机器人对移动门框、门板进行跟踪喷涂的控制程序以及基于单片机的光幕测量装置对工件类型识别、工件形状特征参数计算的数据处理程序。通过对涂层厚度沉积模型的分析计算给出喷枪最优运行速度和轨迹重叠宽度求解方法。同时结合PLC软件设计要求和最优喷枪运行速度，确定喷枪起喷点位置。
　　5.搭建喷涂对象悬挂移动实验平台，并进行喷涂机器人对匀速移动对象跟踪运动模拟喷涂实验。同时利用光幕测量装置进行喷涂对象类型识别和长宽度测量实验，对测量误差数据进行了分析和解决。

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1 绪论

1.1课题研究背景和目的

1.2 喷涂机器人发展现状

1.3光幕测量装置的应用

1.4 论文研究主要内容

2 喷涂机器人系统的总体设计

2.1 喷涂难点分析及设计要求

2.2 喷涂作业模式

2.3 喷涂机器人机械结构

2.4 控制系统

2.5 系统抗干扰处理

2.6 本章小结

3 喷涂机器人控制系统电气设计

3.1 PLC控制系统设计方法和步骤

3.2 硬件选型

3.3 系统电气线路设计

3.4 光幕采集装置电路

3.5 本章小结

4 喷涂机器人系统软件设计和喷涂优化

4.1喷涂工艺过程分析及功能设置

4.2 机器人系统控制软件设计

4.3光幕测量装置软件设计

4.4 平面喷涂优化

4.5 本章小结

5 喷涂机器人实验

5.1 流水线模拟平台设计

5.2机器人运动跟踪喷涂功能实现

5.3 喷涂对象测量实验

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录

附录一 门框程序设计流程图

附录二 部分PLC门板喷涂程序及单片机原理图

附录三 五轴喷涂机器人电气控制柜

附录四 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目