基于PLC的五轴喷涂机器人控制系统设计

【摘要】随着经济转型和产业升级的趋势，各类工业机器人逐渐在国内企业中普及。作为工业机器人的重要机型之一，喷涂机器人在涂装生产中应用广泛。然而，目前的喷涂机器人产品，无法被国内众多中小型企业接受。其主要原因有价格昂贵，技术要求高，以及对现有生产环境适应能力差和对市场快速响应能力弱等问题。本研究旨在开发一款低成本通用型喷涂机器人，兼顾性能和环保，快速适应中小企业当前的生产规模和需要，形成生产力，提高对市场的快速反应能力。同时，该机型能引领喷涂机器人本土化发展的趋势，改变家具行业涂装生产的方式。针对上述目标，本研究具体工作如下：（1）阐述开发低成本通用型喷涂机器人的目的及意义，综述了国内外喷涂机器人研究现状。从大平面快速喷涂功能实现的角度，提出实现家具行业适用的喷涂机器人通用机型的开发理念和趋势的可行性。（2）以防盗门板和门框工件的喷涂为例，从喷涂工艺和企业设施出发，选型合理的五自由度结构方案，从机构硬件配置角度满足机器人快速直线喷涂的运动要求和多工作面切换喷涂动作功能。机构硬件利于改善喷涂机器人动力学性能，可实现安全、稳定地喷涂作业。（3）依照中小企业的多品种小批量的生产规模，设计专用的工件数据采集单元，用以识别不同的工件，获取喷涂需要的控制参数。按照机构类型和驱动要求进行电气设计，按照运动轨迹、点位、精度等控制要求，选型控制器和电机，编辑PLC程序来控制机器人实施喷涂作业。（4）分析喷枪的喷涂模型，建立工件表面涂料累积的数学模型，利用测量光幕采集的数据形成工件的2D点阵模型。提出喷涂区域划分，降低单一规则区域梯度，以及多区域衔接的特例控制算法，提高单位工件喷涂效率，改善喷涂机器人力学性能。确立合适的喷涂重叠宽度，改善两个子区域衔接处的涂层均匀性。（5）详细阐述同步跟踪作业功能实现的开发过程；确定合适的直线喷涂加速度，并进行噪音试验。基于涂料累积模型，用MATLAB软件平台，模拟相邻规则区域之间喷涂重叠宽度的涂层均匀性，并去优化参数。
【作者】姜寅；
【导师】周建军；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】喷涂机器人；同步跟踪；喷涂轨迹；PLC；低成本；

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