基于计算的工业喷涂机器人基本参数设计方法
喷涂机器人运动学和轨迹规划算法研究
喷涂机器人运动学和轨迹规划算法研究喷涂机器人是一种用于自动喷涂涂料的机器人设备，其运动学和轨迹规划算法的研究对于提高喷涂效率和质量具有重要意义。
本文将围绕喷涂机器人的运动学原理和轨迹规划算法展开讨论，分析现有的研究成果，探讨未来的发展方向和挑战。
一、喷涂机器人运动学原理1.1 机器人运动学概念及分类机器人运动学是研究机器人运动的一门学科，包括位置、速度、加速度等参数的描述和计算。
按照结构和功能，机器人可以分为工业机器人、服务机器人、特种机器人等，喷涂机器人属于工业机器人的一种。
1.2 喷涂机器人的运动学特点喷涂机器人通常由多个自由度的关节组成，能够完成复杂的三维空间运动。
在喷涂过程中，喷涂枪需要按照设计好的轨迹在工件表面上均匀地喷涂涂料，这就要求喷涂机器人具有高精度的运动控制能力。
1.3 喷涂机器人的运动学建模对于喷涂机器人的运动学建模可以采用D-H参数法或者其他适合的方法进行描述和计算，以确定各个关节的运动规律和坐标变化。
二、喷涂机器人轨迹规划算法2.1 轨迹规划的概念及意义轨迹规划是指确定机器人在运动过程中的轨迹，使得机器人能够在作业空间内高效、平稳地运动，减少误差和振动，提高工作效率和质量。
2.2 喷涂机器人的轨迹规划要求对于喷涂机器人来说，轨迹规划需要满足喷涂路径的要求，保证喷涂枪在工件表面上的均匀喷涂，同时考虑机器人自身的运动约束和工作空间的限制。
2.3 喷涂机器人的轨迹规划算法目前，常用的轨迹规划算法包括插补法、优化算法、曲线拟合等，这些算法可以根据具体的喷涂要求和实际情况进行选择和组合，以实现高效的轨迹规划。
3.1 运动学理论研究在喷涂机器人的运动学研究中，学者们对机器人的结构、运动规律、坐标变换等进行了深入的探讨和分析，提出了一些新的运动学模型和求解方法，为喷涂机器人的运动控制提供了理论基础。
3.2 轨迹规划算法应用轨迹规划算法的研究主要集中在如何根据不同的喷涂任务和工件形状进行智能化的轨迹规划，以及如何利用先进的优化算法和曲线拟合技术实现高效的喷涂路径生成和优化。
基于PLC的喷涂机器人控制系统设计
基于PLC的喷涂机器人控制系统设计作者：王增彪李菊邓嘉鸣沈惠平来源：《现代职业教育·中职中专》2015年第06期[摘 ; ; ; ; ;要] ;以一种基于混联机构的五轴喷涂机器人为研究对象，采用可靠性高、抗干扰能力强的通用工业控制器PLC来实现机器人喷涂过程的自动化。
对该喷涂机器人的控制系统进行了详细阐述。
该控制系统可靠性好、精度高，可满足喷涂机器人高效率、高品质的喷涂要求。
[关 ; 键 ; ;词] ;喷涂机器人;混联机构;PLC控制[中图分类号] ;G718.3 ; ; ; ; ;[文献标志码] ;A ; ; ; ; ; [文章编号] ;2096-0603（2015）17-0030-02目前常见的表面喷涂设备主要分为两大类，一类是用于完成一些简单的往复直线运动的喷涂机，如水平（垂直）往复自动喷涂机、旋转喷涂机、多轴顶喷机等;另一类是可适用于复杂工件表面喷涂的喷涂机器人。
与喷涂机相比，喷涂机器人具有运动轨迹灵活、控制精度高等优点，是高质量表面涂装的首选设备。
针对大型平面型立方体工件的高效喷涂特点，文献提出一种基于混联机构的五轴喷涂机器人。
本文以该五轴混联喷涂机器人为研究对象，采用基于通用工业控制器PLC的控制系统来实现喷涂过程的自动化。
该喷涂机器人采用五把喷枪协同工作，可满足不同工件表面的喷涂，具有结构紧凑、效率高、喷涂质量好、操作简便等特点，可适合用于汽车、电脑外壳等金属件或塑料件的表面喷涂。
下面对该喷涂机器人的结构组成、驱动方式和控制系统进行介绍。
一、结构组成及驱动设计（一）结构组成本文研究的五轴混联喷涂机器人包括两部分：一部分是用于主喷大平面的三自由度混联机构，其输出构件上装有一把喷枪;另一部分是用于辅喷二纵向侧面和二横向侧面的二自由度正交式串联结构，二纵向侧面和二横向侧面分别装有两把喷枪。
喷涂机器人的机构原理中，用于主喷工件上表面的三自由度混联机构位于机架上。
它是由二滑块驱动的平面并联机构上串联一个Z方向单自由度机构组成。
机器人自动喷涂设计方案
机器人自动喷涂设计方案1、设计思想金属喷涂设备采用机器人自动喷涂，利用电动转台运输工件及辅助机器人喷涂。
2、设计思想概述2 .1金属喷涂设备的组成设备由火焰喷涂设备、机械手（瑞士ABB）、电动转台，及管路组成。
2.1.1、火焰喷涂设备的组成及相关技术数据火焰喷涂设备的组成：由丝材火焰喷枪与24V电动输送系统组成5、工作原理：火焰喷涂设备的气体金属线材喷枪是采用氧-乙炔气为热源，电马达为动力，将单根金属丝不断地送入高温火焰区熔化后雾化，喷向经过预处理的工件表面，形成涂层的一种专用设备。
本设备具有送丝精确，稳定，用气量少。
涂层质量优良，特别适合喷涂高熔点的金属丝材和机械零部件的修复工作。
3、机械手自动喷涂系统采用瑞士（ABB）进口机器人， IRB 4600的精度为同类产品之最，其操作速度更快，废品率更低，在扩大产能、提升效率方面，将起到举足轻重的作用，尤其适合弧焊、喷涂等工艺应用。
其高精度由专利的TrueMoveTM运动控制软件实现。
IRB4600采用优化设计，机身紧凑轻巧，节拍时间与行业标准相比可缩减多达25%。
专利的QuickMoveTM运动控制软件使其加速度达到同类最高，并实现速度最大化，从而提高产能与效率。
IRB 4600工作范围超大，安装方式灵活，可轻松直达目标设备，不会干扰辅助设备。
优化机器人安装，是提升生产效率的有效手段。
模拟工艺布局时，灵活的安装方式更能带来极大的便利。
ABB工业机器人防护计划之周全居业内领先水平。
IRB4600标准型达到IP67防护等级，该机型机身紧凑，荷重能力强，设计优化，适合弧焊、物料搬运、喷涂、上下料等目标应用。
可灵活选择落地、壁挂、支架、斜置、倒置等安装方式。
该产品灵敏可靠，故障率低等优点，根据不同需要的喷涂产品，选择预先设定好的程序，在人机界面上选择需要的程序，机器人自动完成喷涂的整个流程。
机器人固定在金属喷涂房室内，臂展2410mm，采用专用夹具固定火焰喷枪结构。
工业机器人自动喷涂生产线参数设计
工业机器人自动喷涂生产线参数设计1.喷涂机器人的简介喷涂机器人主要是集成了喷涂工艺系统和防爆系统的工业机器人，可以根据不同的工件采用不同的程序对工件的表面进行油漆的喷涂，机器人的程序可以由人工根据工件的形状预先示教（编写好程序）而成，也可以由专业的模拟软件根据工件的模型先在电脑中运用专业的模拟软件（如robot-studio)进行模拟然后再将模拟的程序从电脑导至机器人控制器，从而可以节省大量的现场调试时间和新产品开发周期。
根据国内外多家客户使用证明，喷涂机器人在机车诸多应用中不仅可以大大提高生产效率，改善员工的工作环境，并且可以节省大量的运营成本，提高工件品质。
针对机车表面颜色多变的要求，机器人还可以配置换色阀，可以对油漆进行快速的切换，节省换漆时对管路和喷枪的清洗时间。
2.机器人喷涂的优势1）降低运营成本，减少原料的浪费，提高成品率喷涂机器人集成了喷涂工艺系统（IPS），可以提高油漆喷漆的上漆率，提高油漆的利用率。
机器人喷涂可以根据工件的宽度调节不同的喷幅，比如在喷涂车厢大面积平喷涂可以采用200MM的扇幅，而在喷涂例如一些边缝时，则可以采用小的扇幅，如50MM。
并且在喷涂过程中，可以自由的开关枪，不需要改变机器人的喷涂程序，可以节省油漆的消耗量，并且极其方便。
由于机器人喷涂的高精度，如ABB IRB5400和IRB5500的重复精度达到0.15MM，因此机器人喷涂的膜厚的精度可以达到正负3UM。
相比人工的喷涂，既可以提高机车表面的成膜质量与一致性，提高成品率，减少修补工作量，又可以节省油漆。
特别是在要求严格的场合，油漆的流量可以实现闭环控制，即机器人在喷漆的过程中会根据流量计自动检测当前流量并且与设定流量进行对比，根据信号的反馈值自动调节流量阀的开度，以达到精确控制流量的目的。
双组份油漆可以采用预混（即油漆和固化剂预先配好），也可以采用喷枪前混合。
采用喷枪前混合可以减少油漆的浪费，因为当油漆和固化剂配好之后，如果有任何问题暂时停喷涂时，油漆会固化，而油漆和固化剂在喷枪前混合则可以避免这种情况发生。
喷漆机器人程序设计
喷漆机器人程序设计摘要本文详细介绍了喷漆机器人程序设计的过程，包括程序流程设计、算法选择和实现细节。
通过合理的程序设计，喷漆机器人可以在工业生产中自动完成喷漆任务，提高生产效率和质量。
引言喷漆机器人是一种自动化设备，广泛应用于家具、汽车等行业的喷涂工作。
通过程序设计，喷漆机器人可以准确地控制喷涂的位置、速度和喷涂剂的用量，实现高质量的喷涂效果。
本文将介绍喷漆机器人的程序设计方法，以及如何实现自动喷涂任务。
程序流程设计喷漆机器人的程序流程设计是设计喷漆任务的关键步骤之一。
在程序设计过程中，需要考虑以下几个方面：步骤1：定义喷涂路径首先，需要根据喷涂对象的几何形状和喷涂要求，定义喷涂路径。
喷涂路径可以是一条或多条曲线，也可以是一系列离散的点。
在定义喷涂路径时，需要考虑喷涂的覆盖率和均匀性。
步骤2：控制喷涂速度和喷涂剂的用量在喷涂过程中，需要控制喷涂速度和喷涂剂的用量。
喷涂速度的选择应该保证喷涂均匀，并且避免喷涂过快导致喷涂剂流失。
喷涂剂的用量可以通过控制喷涂时间和喷涂厚度来实现。
步骤3：避免重复喷涂和遗漏喷涂为了保证喷涂质量，需要避免重复喷涂和遗漏喷涂。
在程序设计中，可以通过引入传感器和检测算法来实现对喷涂区域的实时监测，确保每个区域只喷涂一次，且所有区域都得到覆盖。
步骤4：错误处理和异常情况处理在喷涂过程中，可能会遇到各种错误和异常情况，如喷涂机器故障、喷涂剂用尽等。
程序设计中需要考虑这些异常情况，并设计相应的错误处理机制，如报警、停机等。
算法选择喷漆机器人程序设计中，涉及到多种算法的选择和应用。
以下是常用的几种算法：路径规划算法路径规划算法用于计算喷涂路径，包括直线路径和曲线路径。
常用的路径规划算法有直线插补算法和B样条曲线算法等。
根据实际应用需求和喷涂对象的几何形状，可以选择合适的路径规划算法。
传感器和检测算法传感器和检测算法用于实时监测喷涂区域，避免重复喷涂和遗漏喷涂。
常用的传感器包括视觉传感器、激光传感器和压力传感器等。
喷涂机器人的调试、设定参数的知识
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1.1 再现控制面板
Alarm
Servo On Ready
Turn On Servo Power Lights when an alarm occurs
Teach & Play
Set Controller To Play Or Teach Model
Emergence Stop Star Button
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（2） 接通伺服电源。
◆ 再现模式情况下：
直接按下此键，伺服电源接通。
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◆ 示教模式情况下：
按下示教盘上的Servo On Ready键；
按下示教盘上的Teach Lock键；
握紧示教盘后的安全开关。
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3. 机器人坐标系说明
（1）机器人外部轴（含基座轴和工装轴）
（2） 用于操作机器人的坐标系
直角坐标系
圆柱坐标系
工具坐标系
用户坐标系
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(3)
一般的操作顺序：
№.1 首先选择坐标系：
轴节坐标
直角/圆柱坐标
工具坐标
用户坐标
注：状态行显示
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№.2 选择手动速度；
状态行如右侧循环显示
39
№.3 轴操作：
具体操作情况如下：
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轴节运动：
41
直角运动：
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圆柱坐标：
43
工具坐标：
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示教盘
状态区域
翻页键 选择键 区域键 安全开关
在后侧， 握住 时，伺服电源 接通。
手动速度键 轴操作键
回车键
插补方式健
数值键/专用健
6
急停键 安全开关 编辑锁定 光标键
按下时，切断伺服电源；顺时针旋转，急停解除。
喷涂机器人的喷涂方法
喷涂机器人的喷涂方法喷涂机器人喷涂之前要对它进行参数的设置，喷涂参数设置好以后放上被喷涂的产品按照所设置的参数就开始自动喷涂作业了。
喷涂机器人的主要参数设置有：涂料喷涂量、空气流量、涂料电压值、参数过载百分比、机械臂运行速度等。
下面分三个方便讲一下喷涂机器人的喷涂方法。
一、喷涂机器人的喷涂参数设置1、涂料喷涂量：自动喷涂机器人的涂料喷涂量是指单位时间传输到旋杯的涂料量，又称出漆量，一般在100-600mL/min内设置。
当其他参数不变的情况下，喷涂量越小，其雾化颗粒越细，但同时漆雾中的溶剂挥发量增大，直接导致桔皮、膜厚偏低等质量缺陷；喷涂量过大时，会影响涂料的雾化效果，使旋杯过载，造成雾化难，产生滴漆、流挂、气泡等不良现象。
因为在实际的喷涂过程中，每台机器人喷涂的区域不同，所以要设置不同的喷涂量。
2、空气流量：自动喷涂机器人的空气流量一般在100-400NL/min 内调整，它的作用是调整漆雾的幅度，并将漆雾推向被涂物，防止漆雾扩散或往后反弹而污染旋杯和雾化器。
对于较小喷嘴环的成形空气形成一个较宽的喷涂锥形，在喷涂较大面积时有优势。
较大喷嘴环的成形空气形成一个较窄的喷涂锥形，在喷涂较小的面积和局部喷涂时有优势。
整形空气压力过高，会引起干扰气流，比较容易污染喷涂器具；整形空气压力过低时，对喷幅影响小，但也会造成旋杯的污染。
为防止涂料残留在喷涂器具上，需要根据涂料量和实际经验准确地调整整形空气流量。
3、涂料电压值：机械手静电喷涂的电压一般在40-70kV内调整，在高转速杯式静电涂装场合，旋杯喷枪为负极，接地的被涂物车身为正极，在两极间施加高电压后产生的强电吸引力是将靠离心力机械雾化的漆雾颗粒传输到接地的被涂件上的主要作用力。
因此喷涂电压值的大小，直接影响静电涂装的静电效应、上漆率和涂膜的均匀性。
若雾化器到车身的距离一定时，电压值越高，静电场越强，漆滴的荷电量随电压增高而增大，则吸引力也就越大，上漆率越高。
喷涂机器人毕业设计(二)2024
喷涂机器人毕业设计（二）引言概述：喷涂机器人作为一种自动化设备，广泛应用于各个工业领域，具有提高生产效率、降低人工成本以及提高产品质量的重要作用。
本文将对喷涂机器人毕业设计的相关内容进行详细阐述，包括机器人的结构设计、喷涂控制系统的设计、机器人运动规划算法的研究、操作界面与远程监控设计以及毕业设计的总结。
正文：一、机器人的结构设计：1. 定义机器人的功能要求，包括喷涂范围、喷涂材料及喷涂速度等。
2. 设计机器人的机械结构，包括机器人臂的长度、关节的数量以及材料的选择。
3. 确定机器人的驱动方式，可以采用电动驱动、液压驱动或气动驱动等。
4. 选取适合的传感器用于实时监测机器人的位置和姿态。
二、喷涂控制系统的设计：1. 确定控制系统的硬件平台，可以选择单片机、嵌入式系统或工控机等。
2. 开发相应的驱动程序，实现机器人的运动控制和喷涂控制。
3. 配置相应的传感器，用于监测喷涂液体的流量、喷涂压力等参数。
4. 设计控制系统的参数调整界面，方便操作员进行参数设置和调整。
5. 进行控制系统的测试和调试，确保系统可以稳定运行和精准喷涂。
三、机器人运动规划算法的研究：1. 分析机器人的运动学和动力学特性，推导出机器人的运动学方程和动力学方程。
2. 针对喷涂工艺要求，研究合适的运动规划算法，保证机器人在喷涂过程中精确控制位置和姿态。
3. 优化运动规划算法，减少机器人的运动时间和能耗，并提高喷涂效果。
四、操作界面与远程监控设计：1. 开发机器人操作界面，包括喷涂参数设置、运动控制和状态监测等功能。
2. 设计远程监控系统，实现对机器人工作状态的实时监控和远程控制。
3. 集成机器人操作界面和远程监控系统，实现友好的人机交互和方便的操作。
五、毕业设计总结：1. 回顾整个设计过程，总结设计中遇到的问题和解决方案。
2. 分析设计结果和实验数据，评估设计的可靠性和效果。
3. 提出进一步改进的建议，尝试优化机器人性能和喷涂效果。
喷漆机器人设计说明书
绪论喷漆机器人【spray painting robot】可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。
中国研制出几种型号的喷漆机器人并投入使用，取得了较好的经济效果。
喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。
多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。
较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。
喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。
喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。
机器人首先是从美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机器人。
它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。
日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。
自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。
目前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代机器人正在加紧研制。
它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。
研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。
第三代机器人（机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。
它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一环。
随着工业机器人研究制造和应用领域不断扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。
机器人自动喷涂设计方案
机器人自动喷涂设计方案1、设计思想金属喷涂设备采用机器人自动喷涂，利用电动转台运输工件及辅助机器人喷涂。
2、设计思想概述2 .1金属喷涂设备的组成设备由火焰喷涂设备、机械手（瑞士ABB）、电动转台，及管路组成。
2.1.1、火焰喷涂设备的组成及相关技术数据火焰喷涂设备的组成：由丝材火焰喷枪与24V电动输送系统组成5、工作原理：火焰喷涂设备的气体金属线材喷枪是采用氧-乙炔气为热源，电马达为动力，将单根金属丝不断地送入高温火焰区熔化后雾化，喷向经过预处理的工件表面，形成涂层的一种专用设备。
本设备具有送丝精确，稳定，用气量少。
涂层质量优良，特别适合喷涂高熔点的金属丝材和机械零部件的修复工作。
3、机械手自动喷涂系统采用瑞士（ABB）进口机器人， IRB 4600的精度为同类产品之最，其操作速度更快，废品率更低，在扩大产能、提升效率方面，将起到举足轻重的作用，尤其适合弧焊、喷涂等工艺应用。
其高精度由专利的TrueMoveTM运动控制软件实现。
IRB4600采用优化设计，机身紧凑轻巧，节拍时间与行业标准相比可缩减多达25%。
专利的QuickMoveTM运动控制软件使其加速度达到同类最高，并实现速度最大化，从而提高产能与效率。
IRB 4600工作范围超大，安装方式灵活，可轻松直达目标设备，不会干扰辅助设备。
优化机器人安装，是提升生产效率的有效手段。
模拟工艺布局时，灵活的安装方式更能带来极大的便利。
ABB工业机器人防护计划之周全居业内领先水平。
IRB4600标准型达到IP67防护等级，该机型机身紧凑，荷重能力强，设计优化，适合弧焊、物料搬运、喷涂、上下料等目标应用。
可灵活选择落地、壁挂、支架、斜置、倒置等安装方式。
该产品灵敏可靠，故障率低等优点，根据不同需要的喷涂产品，选择预先设定好的程序，在人机界面上选择需要的程序，机器人自动完成喷涂的整个流程。
机器人固定在金属喷涂房室内，臂展2410mm，采用专用夹具固定火焰喷枪结构。
喷涂机器人核心喷涂参数
喷涂机器人核心喷涂参数喷涂机器人如果要喷涂出好的质量必须要设置好它的喷涂参数，特别是喷涂机器人的喷涂参数一定要设置好。
喷涂机器人如果在喷涂之前喷涂参数设置不好，就会导致批量的不良品产生，那么他的核心参数有哪些呢。
接下来探讨一下喷涂机器人核心喷涂参数设置。
第一、喷涂机器人的喷涂流量静电喷涂机器人的流量是单位时间输给旋杯的涂料量，又称为吐出量。
流量的大小影响漆膜的厚度。
不同的颜色的涂料遮盖能力不同，施工膜厚也不同。
喷涂过程中，每台机器人担当的喷涂区域不同，设置的流量也不同。
同时流量也和被喷涂物的形状有关，比如对于汽车而言，规则的五门一盖型面一般流量较大，而立柱、棱线、转角流量较小。
第二、喷涂机器人的喷涂成型空气气体从喷涂机器人旋杯后侧均匀分布的小孔中喷出，用于限制漆雾的幅度（扇幅），并把雾化的漆雾推向被涂物，放置漆雾扩散和反弹污染旋杯和雾化器。
对于金属漆而言，喷幅影响终的颜色效果，喷幅不合适很容易出现斑马纹或者发花。
喷幅的设置和两枪的间距有关，油漆的叠加次数为3次。
如两枪间距100mm，喷幅好控制为300mm，这样同一点油漆可以叠加3次。
第三、喷涂机器人的喷涂旋杯转速喷涂机器人喷涂旋杯转速是油漆雾化的关键参数，旋杯高速旋转时产生的离心力使油漆雾化的很细（50-100μm）。
漆滴直径越小，漆膜的平滑度越好，桔皮效应越小，光泽也越高。
转速的设定也和油漆的类别有关，色漆的转速相对小些，中涂、清漆的转速相对高些。
转速和流量也是相关的，流量大，转速也要增加，以达到较好的雾化效果，但是转速过高，喷涂到被涂物上油漆就较干，会导致桔皮问题。
第四、喷涂高压静电喷涂中，被喷涂物为正极，旋杯为负极，在两极之间施加高电压后产生强电吸引力，使雾化后的漆雾颗粒传输到被涂物表面。
高电压的大小影响静电喷涂的静电效应、上漆率、漆膜的均匀性。
流量、转速、成型空气和高压直接影响成膜质量，同时也会影响油漆的利用率。
在生产中要结合油漆的特性和雾化器参数，进行调整，四合参数要综合考虑，不断优化，才能到达理想的喷涂效果。
六自由度喷涂机器人关键参数设计与分析
分类号 学号 M200970278 学校代码 10487 密级硕士学位论文六自由度六自由度喷涂喷涂喷涂机器人机器人机器人关键参数设计关键参数设计关键参数设计与分析与分析学位申请人 :徐科明徐科明 学科专业 :机械机械电子工程电子工程电子工程 指导老师 :杨文玉杨文玉 教 授 答辩日期 : 2011年1月10日A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringKey Parameters Design and Analysis for 6-DOFPainting RobotCandidate : Xu KemingMajor :Mechatronic EngineeringSupervisor : Prof. Y ang WenyuHuazhong University of Science and TechnologyWuhan，Hubei 430074，P. R. ChinaMay，2011独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要目前,制造业尤其是汽车行业的迅速增长,对研发具有自主知识产权的喷涂机器人成套装备提出了迫切需求。
基于Matlab的喷涂机器人喷涂轨迹规划设计
基于Matlab的喷涂机器人喷涂轨迹规划设计SHI Xu;LI Kang;WANG Shao-peng【摘要】为了解决陶瓷生产中釉层不均匀的问题,建立计算不同表面喷涂层厚度分布的数学模型,通过确定合适的间距来提高喷涂效率.对于平面喷涂,采用牛顿迭代法和最小二乘法拟合得到合适的喷涂间距,当相邻喷射轨迹之间的距离为122 mm时,高度误差可控制在2.273％.在平面喷涂的基础上,分析了平面与曲面的映射关系,并采用最小二乘自然二次曲面拟合方法将复杂表面拟合成规则的曲面,结果表明,当相邻喷雾轨道间距为91 mm时,高度误差可控制在10％内.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2019(032)003【总页数】5页(P12-16)【关键词】轨迹规划;牛顿迭代法;投影法;微元法;最小二乘法【作者】SHI Xu;LI Kang;WANG Shao-peng【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】TP660 引言由于工业机械在制造业的应用，随着机械精度、离线编程技术和数字控制技术的不断发展，其稳定性、高精度、重复性和恶劣环境等特点在制造生产的各个方面都得到体现。
喷枪作为汽车外壳喷涂和陶瓷表面喷涂的喷涂设备，在涂层喷涂领域起着重要作用。
目前，喷枪主要用于平面喷涂和表面喷涂。
在陶瓷烧成过程中，釉面不均匀会产生裂纹，导致工件产生废料，因此在喷涂过程中涂层厚度应尽可能均匀。
为了解决这一问题，国内外学者对喷枪轨迹优化进行了深入的研究。
然而，在现有的研究中，对喷枪轨迹的研究尚不深入，大多只是对一个轨迹上的涂层累积进行分析。
同时，复杂表面射流轨迹的研究方法也比较复杂[1]。
因此，有必要建立一个计算喷枪涂层厚度分布的数学模型，优化平面喷涂轨迹，找出最佳喷涂轨迹，获得光滑连续的涂层，以及不同喷涂对应的涂层厚度和高度的相对差异。
在实际的空气喷涂中，通常在喷枪嘴的两侧布置压缩空气，雾锥被挤压成椭圆锥，由喷雾雾形成的喷雾锥所覆盖的平面上的区域是椭圆。
基于PLC的喷涂机器人控制设计
电 的模 块 使 用 。 为 了保 障 整 体 线 路 的 可控 性 和安 全 性 ， 对驱 动器
和 交 流转 直 流 模 块 等 供 电 电路 通 断 的控 制 ， 主要 通 过 接 触 器 实 现。 通过 控 制 柜 面 板 上 电源 开 关 控 制 接触 器 的开 断 ， 电 源 开关 闭
用 是 根 据 对 应 模 块 的需 要调 动 相 关 轴 的 协 调 运 动 。六 个 模 块 利 用特殊辅 助继电器和计数 器触发各个功 能模块 的交替执行 ， 这 样设计的程序逻辑结构清晰 ， 程 序 量 少 。 软 件 执行 流 程 如 图 ５ 。
主 电路 设 计 如 图 ３所 示 。主 电 路 主 要 给各 单 元 提 供 电源 ， 设 计 时 必须 体 现 保 护 电路 各 模 块 用 电安 全 的思 想 ，在 可 能 发 生 电 流 过 大 的地 方 需 要 设 置 断 路 器 ， 因此 在 系 统 主 电路 里 分 别 对 交 流 电 主线 和驱 动 器 供 电部 分 增设 断路 器 。Ｐ Ｌ Ｃ 内部 本 身 具 有 ２ ２ ０ Ｖ交 流 电转 直 流 ２ ４ Ｖ的功能模块 ，为了避免众多需 要 ２ ４ Ｖ 供电的设备接 向 Ｐ Ｌ Ｃ， 使 Ｐ Ｌ Ｃ 内部 电 压 不 稳 ， 我 们 在 主 电 路 中
对 喷 涂 对 象 移 动 频 率 的 检测 以及 计 算 机 器 人 跟 踪 频 率 这 两 部 分
发送 跟踪 脉 冲频 率 ｆ ＝ ｅ
２ 控 制 系统 硬 件 设 计
２ ． １ 主 电路 设 计
广 ｒ ， 就 可 以使机 器人跟 踪 喷涂对 象 。
喷涂机器人设计计算说明2014.09.25
—关节 i 旋转范围的最大最小值。
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六轴关节型防爆喷涂机器人设计文档
（3）将步骤 2 中求得的关节变量值代入运动学正解方程，求出机器人末端 点相应位置向量。 （4）将所得末端点位置向量值按比例，将点输出到图形设备。 （5）设定循环次数，按照上述步骤进行下一次循环。 将蒙特卡洛法求解工作空间编写为计算程序，运用工程软件 MATLAB 实现 仿真分析，输出 10000 个点模拟三维工作空间，得到六自由度喷涂机器人工作 空间，如图 2.1
因为腰部的高度与机器人工作空间在 X-Z 平面内投影面积的大小无关， 只与 X-Z 平面内工作空间的投影位置有关，故选以下 6 个参数作为设计变量 X=[ l2 、 l3 、 2min 、 2max 、 3min 、 3max ]T 喷涂机器人在工作空间 X-Z 平面内投影面积 S ABCDA 能够包容所要求的矩形工 作空间，将此约束条件变换为各段圆弧方程约束条件：
当 y b ， x l32 (b yF )2 xF c ；
2 2 2 2 2 (3) CD 圆弧段： x y rOD ，当 y 0 ， x xmax rOD xD yD a； 2 2 2 (4) DA 圆弧段： ( x xE ) ( y yE ) l3 ，当 y yE ， x xmax l3 xE a 。
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因为 SOEA =SOFB ， SOCF =SOED ， SFBC =SEAD ，所以
S ABCDA =SOAB -SOCD
其中，
SOAB =
2 rOB ( A B ) ； 2
2 l2 SOCD = ( D C ) ； 2
i 为 i 点的向量角。
工业机器人喷涂毕业设计
工业机器人喷涂毕业设计介绍工业机器人喷涂是现代制造业中常见且重要的应用之一。
通过使用工业机器人进行喷涂操作，可以提高生产效率、减少人工错误，实现高精度的喷涂作业。
本文将介绍一个基于工业机器人的喷涂系统的毕业设计，旨在设计一个完整的系统，满足工业自动化的需求。
设计目标本毕业设计的主要目标是设计一个工业机器人喷涂系统，实现以下功能：1.自动识别喷涂目标：通过视觉识别技术，识别待喷涂物体的位置和形状。
2.精确控制喷涂参数：根据喷涂对象的特性和要求，自动调节喷涂参数，如喷涂速度、喷涂压力、喷涂角度等。
3.实现路径规划：根据喷涂目标的形状和大小，自动生成喷涂路径，保证喷涂的完整性和均匀性。
4.保证喷涂质量：通过检测和反馈机制，实时监控喷涂过程，确保喷涂的质量和一致性。
系统组成本设计基于工业机器人和相关传感器、控制器构建，主要包括以下组件：1.工业机器人：选择适合喷涂应用的工业机器人，具备高精度、高稳定性和灵活性。
2.视觉识别模块：使用摄像头或激光传感器等设备，将喷涂对象的形状和位置信息转化为数字信号。
3.控制器：负责整个系统的控制和协调，接收喷涂参数和路径规划信息，控制机器人执行喷涂操作。
4.喷涂设备：包括喷涂枪、喷涂材料供给系统等，负责喷涂操作。
5.检测传感器：用于实时监测喷涂过程中的参数，如颜色、厚度等，以便及时调整喷涂参数。
工作流程本设计的工作流程如下：1.初始化系统：包括工业机器人、喷涂设备、传感器等的启动和校准，设置喷涂参数的初始值。
2.目标识别：使用视觉识别模块对待喷涂物体进行形状和位置的识别。
3.路径规划：根据识别结果和喷涂参数，生成机器人的喷涂路径，确保覆盖全部目标表面并保持均匀喷涂。
4.控制执行：将路径规划信息传递给控制器，控制机器人按照路径进行喷涂操作。
5.实时监控：使用检测传感器实时监测喷涂过程中的参数，与预设参数进行比对，及时调整喷涂参数以保证喷涂质量。
6.结束操作：喷涂完成后，关闭喷涂设备，机器人返回原位，系统进入待机状态。
基于AMPSO算法的船舶工业喷涂机器人喷涂参数优化
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｉ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ， ｈ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｐ ｉ ｔ ｃ ｈ ， ａ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ
涂质量最佳和喷涂效率最 高的 目 标． 通过分析喷涂参数 与膜厚 的关 系 ， 基 于现有模 型建立 膜厚 叠加分布模 型 ， 根
据优化 目标 ， 以膜厚要求和机器人作业能力 为约束条 件得 到最优喷涂参数 ． 通过对船舶分段外表面喷涂仿 真 ， 并 与标 准粒子群优化算法 比较 ， 改善 了传统算法早熟 收敛 问题 ， 验证 了算法 的有效性 和合理性． 关键 词 ： 喷涂机器人 ； 喷涂参数优化 ； 粒子群算法 ；船舶工业
马淑梅 ， 罗 曦， 李爱平 ， 周韵文
（ 同济大学 机械与能源工程 学院， 上海 ２ ０ １ ８ ０ ４ ）
摘要 ：针对船舶工业喷涂机器人 喷涂参数 即喷涂速度 、 喷涂 高度和 喷涂轨 迹间距 的优化 问题 ， 提 出一种 基于 自
适应变异粒子群算法 （ Ａ ｄ ａ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｍｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｓ ｗ ａ ｒ ｍ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ａ ＭＰ Ｓ ０） 的喷涂参 数优 化方法 ， 实 现 了喷
ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｄ ａ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｗａ ｒ ｍ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ （ Ａ ＭＰ Ｓ Ｏ） ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｂ ｅ ｓ ｔ ｐ ａ ｉ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｌ ｍ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ Ｉ（ Ｆ ＴＤＭ ） ， ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ
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０引言
现代 汽车 工业 的迅速 发展带来 汽车 型号 的迅速 变化和 车体 设计 的不 断调整 ，只有 采用机 器人 才能
标 型 的臂 部 能 回转 、俯 仰 和 伸 缩 ；关 节 型 的 臂 部
有 多 个 转 动 关 节 。多 自 由度 机 器 人 关 节 的种 类 如
下 ：
适应 这种 频繁变 化 的生产要 求 ，同时与传 统 的机械 喷涂 相 比，采用机 器人喷 涂可 以减少大 约３ ％ ０ ０ ￣４ ％ 的喷 枪 数 量 ； 提 高 了喷 枪 运 动 的 速度 。 工业 喷 涂 机器 人 中六 自由度机 器人 具有结 构简单 、紧 凑 ，工 作 空问大 ，灵活 性 高， 占地 面积 小 ，安 装方便 等特 点，因此 应用 最为广 泛 。喷涂机 器人 主要 由主体 、 驱动 系统 和控制 系 统三个 基本部 分组 成 ，其 中主体 部 分包括 机座 和执 行机构 （ 臂部 、腕 部和手 部 ）。 主 体部 分是机 器人 的基础 ，关 系到整 个机器 人 的各 项 性能尤 其是 工作 空 间特 性 。机 器人 工作 空间是 指 机 器人在 工 作时 ，其手腕 中心或工 具安装 点能够 到 达 的所有 空 间区域 ，是衡 量机器 人性 能 的重 要指标 之 一 。本文 主要 以机器人 的工 作空 间特性来 设计 、 优化机器人 的各个基本参数 。
关节最为适合。
Ｔ ｃｎｑｅａｄＡｐｌｃｔｏ ｅｈｉｕ ｎ ｐｉａｉｎ
贝：
ｉＴ １ ２Ｔ ３ Ｔ Ｔ
：
．
２ 关 节 布 局
喷涂工艺 对机 器人 的灵活 性有较 高 的要求 ，机 器 人应 能 以某 种姿态 到达 空 间的某个 位置 ， 因此 机
４ ．『 ４： ：． ．＝ ｌ ｌ （ ． ＝
． ．
：
Ｐ ＝ａ（Ｏ ｃ ３ ｅ ２Ｏｓ ３一 ４ Ｏｓ ３ Ｃｔ Ｏｓ ２ ｘ ３ｃ ２Ｏ 一 ｌ ｓ２Ｏ ） ｄ （ ２ ＋ Ｇ ｃ ３ ） ｌ ｃ Ｏ ２ Ｏ
＋ａ２ ０２＋ｄ３ ２Ｏ２ ｃ ｓ ｓ
器 人至 少需要 六个 自由度 一调 节空 间姿态 的三个 自 由度 和控 制 空间位置 的三 个 自由度 。对 于全部采 用 回转关节 的机器 人其坐 标系 ｛） 对于 坐标系 ｛－ ） ｉ相 ｉ１ 的齐 次变换矩阵矩阵为…：
长 分 别为 ６ ０ ｍ ６ ０ ｍ ： ５ｒ和 ８ｒ ） ａ ａ
图 ｌ机 器 人 连 杆 参 数
卜 ｌ
ｉ
Ｔ＝
ｍ ｍ
Ｒｏ（ Ｉ Ｉ） ｒｎ（ ＿ ａ＿ Ｔ ａ ｓ ，Ｉ ｏ（ｉ ｉ ｔ ， － Ｔ ａ ｓ ｌ ｌ） ｒｎ（ ０） ｔ ， ） ￣一 ｕ １ Ｘ．， Ｉ Ｚｊ Ｒ Ｚ ｄ
转传 ： ｆ 飙构
明 Ｉ
銎誓嚣
副Ｉ 驱动形式：电机驱动 （ 伺服、步进）；直驱力矩电机
移动 副 关 节 螺旋副 驱 动形式
ｊ 机：轮条 丝 ‘ 或珠 传 构 齿齿；杠 滑 滚 动 动
：
直线 电机或音 圈电机 ： 液压缸 ： 气缸
坚 ｛ 机构 接驱 咖 传动 ：直 动
技术应ｉａｉｎ
基 于计算 的工业喷涂机器 人基本参数设 计方法
徐科 明 杨文 玉
（ 中科技大 学 数字制造装 备与技术 国家重点实验室 ，湖北 武汉 ４ ０ ７ ） 华 ３ ０ ４
摘 要 ：设计与确定机器人参数 需要在各项性能之间进行折衷 ，常 常是一个耗时 的迭代过程。本文提出了一种 工业 喷涂机器人基本参数确定 的一般方法 。通过喷涂机器人 的设计与开发过程 ，基 于机器人建模 方法 ，归纳 出机器 人基 本参数对各项性能尤其是工作空 间特性 的影响 因素与规律 ，并在此过程 中上分析 了其结构参数对机器人工作 空间和 性能 的影响 ，从而得出了机器人工作空间特性与结构参 数之 问的内在联系 ，为工业机器人的设计提供依据 。 关键词 ：喷涂机器 人；关节形式 ；工作空问；连杆 参数 ；转角范 围
副 Ｌ驱动形式： 三 自由度球形电机
１关节 形 式
喷涂 机器 人 按臂 部 的运 动形 式 分为 四种 。 直 角坐 标 型 的臂 部 可 沿 三 个 直 角坐 标 移 动 ； 圆柱 坐标 型 的臂 部 可 作 升 降 、 回转 和伸 缩 动 作 ；球 坐
回 转 关 节 是连 接 相 邻 杆 件 ，如 手 臂 与 机 座 ， 手臂 与手腕 ，并 实现相 对 回转 或摆 动 的关节机 构 ， 由驱动 器 、回转轴 和轴 承组成 。电机能 直接产 生旋 转运动 ，但 常 需各种齿 轮 、链 、皮带传 动或 其他减 速装置 ，以获取 较大 的转矩 。现有 的 回转 关 节一般 都是减 速机 （ 波 、Ｒ ）加 连杆 的形 式 ，具 有 同轴 谐 Ｖ 线 ，结构 紧凑 ，效率高 ，刚 性好 ，转动 惯量 小 ，固 有频率 高 ，振动 小 的特 点 ，有 利 于机器 人高 精高 刚 度的实现。 工 业 喷 涂 机 器 人 要 求 大 力矩 、 快 响 应 、 高精 度 、工作 空 间大 、高可靠 和便于 维修 等 ，因此 回转
作 者 简 介 ：徐 科 明 （ ９ ５ ）， 男 ，河 北 邢 台人 ，硕 士 ，研 究 方 向 为机 器人 技术 １８ 一
基金项 目：１ｋ 喷 涂机器人成套设备 （０ ０ ｘ ４ ０ — ４ ） ５ｇ ２ １ ｚ ０ ０ ８０ １
＿
《 机器人技术与应用 》双月刊 第 １期
技 术应 用
Ｐ ｙ＝ｄ３ａ２ ｃ ＋ｄ４Ｇ２Ｏ ＋ａ ｓ ｓ ３ Ｓｔｃ ３ ３％ Ｏ
Ｐ ：ｄ （Ｏｓ ３ ｃ ２Ｏｃ ３ 一 ３ Ｏｓ ２ ｃ ２Ｏ ｓ３ ｚ ４ ２Ｏ 一 ｃ ２Ｏ ） ａ （ ３ ＋ ｎ ｃ ２ ） ｓ ｃ Ｏ Ｏ
一
ａ ｓ ２＋ｄ３ Ｏ２ Ｏ２ ２Ｏ Ｓｔｃ
ｏ荨 ０ ｝ 其中： Ｒ为转换矩阵 ； Ｐ 为手腕基点位置 。 当后两 个关 节角 ｎ取不 同值 时 ，手腕 中心 点所 能到达 的位置所 组成 的平面 如图２ 所示 （ 暂取两连杆