《機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題研究開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述8800字》

—PAGE9—學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）題目汽車噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究課題來源及類型自選課題的意義及國內(nèi)外現(xiàn)狀分析：1.課題的意義隨著用戶對于汽車產(chǎn)品的噴涂質(zhì)量要求不斷提高，我國許多大型汽車生產(chǎn)制造企業(yè)憑借其雄厚的資本優(yōu)勢，進(jìn)行相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)化升級，來替代傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，降低人工成本投入，增加企業(yè)利潤率與市場競爭力。針對它們的生產(chǎn)模式，需要噴涂的汽車產(chǎn)品的規(guī)格與型號，直接訂制或引進(jìn)國外的專用噴涂機(jī)器人設(shè)備。但是，對于國內(nèi)許多普通汽車鈑金噴漆店而言，讓其接受并直接引進(jìn)或訂制國外專用噴涂機(jī)器人設(shè)備的可能性較小。因?yàn)?，國外專用噴涂機(jī)器人設(shè)備，售價(jià)昂貴，配套生產(chǎn)設(shè)施與作業(yè)環(huán)境要求較高。同時(shí)，國外噴涂機(jī)器人設(shè)備對國內(nèi)普通汽車鈑金噴漆店多品種、小批量生產(chǎn)模式的兼容性與通用性較差，生產(chǎn)需求難以滿足，屬于高成本低回報(bào)投資。此外，關(guān)于噴涂機(jī)器人設(shè)備的核心技術(shù)掌握在別人手中，為了保持噴涂機(jī)器人的穩(wěn)定生產(chǎn)作業(yè)，還需要聘用專門的維護(hù)人員，店鋪還需要進(jìn)行相關(guān)的整改，這些高額的成本投入是相關(guān)普通汽車鈑金噴漆店難以承受的。當(dāng)前，我國許多普通汽車鈑金噴漆店無法解決上述問題。為避免高成本低回報(bào)投資風(fēng)險(xiǎn)，大多釆用人工噴涂生產(chǎn)作業(yè)方式，接受并使用噴涂機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的較少。人工噴涂生產(chǎn)作業(yè)主要依據(jù)操作工人的經(jīng)驗(yàn)與熟練程度，同時(shí)操作工人的工作情緒與狀態(tài)以及身體狀況也會(huì)對噴涂生產(chǎn)有一定程度的影響。這使得此種生產(chǎn)方式的穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率與所得產(chǎn)品質(zhì)量無法滿足市場需求，普通汽車鈑金噴漆店在同行業(yè)的競爭力較低。另一方面，由于人工噴涂工作強(qiáng)度大，噴涂作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的漆霧、油漆粉塵顆粒以及易燃易爆的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)，使得工作環(huán)境異常惡劣且危險(xiǎn)。長期從事此種工作，會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷操作工人的呼吸系統(tǒng)，危害身體健康，尤其像噴釉、噴油漆等含苯與甲醛的涂料。隨著操作工人健康意識的增強(qiáng)和我國人口老齡化的加劇，在國內(nèi)許多相關(guān)企業(yè)已出現(xiàn)用工貴、招工難情況，人工成本投入逐年增加，這使得企業(yè)的利潤率降低兇。因此，開發(fā)噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)來代替人工噴涂作業(yè)，提高汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與噴涂質(zhì)量，降低人工成本，增加企業(yè)利潤，滿足市場需求與競爭力，已成為一個(gè)熱門的工業(yè)應(yīng)用類研究課題。綜上所述背景與存在的問題，設(shè)計(jì)一種低成本、高性能且兼容性與通用性較強(qiáng)的汽車噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)來替代人工噴涂作業(yè)，適用于當(dāng)前我國許多普通汽車鈑金噴漆店的生產(chǎn)作業(yè)模式與設(shè)施環(huán)境要求，促進(jìn)相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)化升級，具有廣闊的應(yīng)用前景與市場。它既是對相關(guān)技術(shù)人員的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，同時(shí)也為我國在該領(lǐng)域非標(biāo)通用性噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究提供了一個(gè)機(jī)遇。2.國內(nèi)外現(xiàn)狀分析國外由于工業(yè)化的起步與發(fā)展較早，關(guān)于噴涂機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用領(lǐng)先于我國。約從上個(gè)世紀(jì)六十年代末起，國外已有相關(guān)企業(yè)為滿足工業(yè)生產(chǎn)需求而開始研究與探索，如何用機(jī)器人代替工人進(jìn)行噴涂生產(chǎn)作業(yè)的技術(shù)。國外第一臺專用型噴涂機(jī)器人，在1969年研制出來并用于實(shí)際生產(chǎn)中。最初制造這種噴涂機(jī)器人的目的很簡單，只是為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低噴涂生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)對工人身體造成的損傷。由于當(dāng)時(shí)科技水平的限制，這種噴涂機(jī)器人的結(jié)構(gòu)很簡單，只能對工件做一些簡單的往復(fù)噴涂動(dòng)作且噴涂的質(zhì)量和精度并不高。但是，在單位時(shí)間內(nèi)相比人工噴涂作業(yè)的效率要高很多，這一研究與應(yīng)用被當(dāng)時(shí)的美、日、德等國接納并采用。自此之后，國外關(guān)于噴涂機(jī)器人的研究與實(shí)際應(yīng)用開始不斷增強(qiáng)。迄今為止，在我國涂裝生產(chǎn)行業(yè)之中影響力較大、市場占有率較高的噴涂機(jī)器人，主要有瑞士的ABB與Staubli.德國的KUKA、美國的ADEPT等噴涂機(jī)器人。這些噴涂機(jī)器人制造商，不僅企業(yè)資金雄厚而且掌握著最先進(jìn)的噴涂機(jī)器人技術(shù)，相比國內(nèi)制造的噴涂機(jī)器人，它們的產(chǎn)品主要有以下特色：1、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，在較惡劣的環(huán)境下機(jī)器人仍然可以噴涂作業(yè)；2、性能優(yōu)異，在運(yùn)行統(tǒng)計(jì)中發(fā)生故障的頻率較低，能夠穩(wěn)定作業(yè)；3、噴涂作業(yè)精度高，能夠適用于如航空航天、精密電子儀器、軍需器材等領(lǐng)域。當(dāng)下，我國噴涂機(jī)器人行業(yè)呈現(xiàn)一種“百花盛開”與“百舸爭流”的局勢，相關(guān)企業(yè)紛紛釆用不同的方式加強(qiáng)自身在噴涂領(lǐng)域的競爭力與優(yōu)勢。如哈爾濱海爾哈工大機(jī)器人公司和北京拓博爾機(jī)器人公司，前者釆用校企聯(lián)合的方式，后者通過企業(yè)與研究所合作形式，分別借助高校和研究所的人才力量與研究成果，配合自身的資本優(yōu)勢提高企業(yè)在市場的競爭力。再有如上海新時(shí)達(dá)機(jī)器人公司與蕪湖埃夫特機(jī)器人公司，兩者皆釆用“自主創(chuàng)新”和“海外并購”的雙輪驅(qū)動(dòng)模式。通過多年持續(xù)的科研攻關(guān)、技術(shù)革新與產(chǎn)業(yè)整合，前者開發(fā)出噴涂機(jī)器人核心部件——ROBOX控制器及其對應(yīng)控制系統(tǒng)，并在實(shí)際使用過程中不斷完善；后者以機(jī)器人和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)品為核心，在國內(nèi)建立了智能制造業(yè)務(wù)完整產(chǎn)業(yè)鏈，并參與研制大量國家尖端項(xiàng)目。時(shí)至今日，經(jīng)過三十多年的研究探索與科技攻堅(jiān)，我國的噴涂機(jī)器人從零基礎(chǔ)到如今的碩果累累，在相關(guān)領(lǐng)域的噴涂技術(shù)開始躋身國際先進(jìn)行列。盡管如此，國內(nèi)先進(jìn)噴涂機(jī)器人與國外同行業(yè)產(chǎn)品相比，仍然存在一定的差距。其中噴涂機(jī)器人關(guān)鍵核心零部件，如減速機(jī)、主控制器與驅(qū)動(dòng)器等仍依賴進(jìn)口。這使機(jī)器人自主知識產(chǎn)權(quán)與研制能力受國外相關(guān)供應(yīng)商限制；同時(shí)，造成機(jī)器人生產(chǎn)成本過高，國內(nèi)普通汽車鈑金噴漆店難以接受噴涂機(jī)器人設(shè)備。智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化將是未來噴涂機(jī)器人的主要發(fā)展趨勢。當(dāng)下，我們需要著眼于消除制約國內(nèi)噴涂機(jī)器人發(fā)展的瓶頸，不斷加強(qiáng)在核心技術(shù)與關(guān)鍵元器件方面的自主開發(fā)。探索噴涂機(jī)器人應(yīng)用的新模式與新領(lǐng)域，引領(lǐng)我國噴涂機(jī)器人向國際化進(jìn)軍，相信在不久的將來，國產(chǎn)噴涂機(jī)器人將與國外產(chǎn)品的差距會(huì)逐漸減小乃至超越。課題研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題：1.課題研究目標(biāo)隨著工業(yè)化和智能化的不斷推進(jìn)，我國在機(jī)器人領(lǐng)域的科技水平日益提高。國內(nèi)許多制造企業(yè)逐步釆用各類工業(yè)機(jī)器人來替代傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)作業(yè)模式，提髙產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，降低人工成本投入，增加同行業(yè)競爭力，滿足當(dāng)前市場的需求。噴涂機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人中重要一員，是汽車涂裝生產(chǎn)行業(yè)中不可或缺的先進(jìn)自動(dòng)化噴涂設(shè)備，已成為替代人工噴涂作業(yè)的主力軍。本文將結(jié)合普通汽車鈑金噴漆店實(shí)際工程需求，研究并設(shè)計(jì)一種低成本、高性能且兼容性與通用性較強(qiáng)的噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)。解決人工噴涂汽車生產(chǎn)效率低與汽車噴涂質(zhì)量得不到保障的問題2.研究內(nèi)容本文主要研究內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：（1）分析噴涂作業(yè)對象，根據(jù)普通汽車鈑金噴漆店的實(shí)際噴涂生產(chǎn)需求，完成噴涂工作點(diǎn)功能、數(shù)量及其生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)。其次，依據(jù)汽車產(chǎn)品的噴漆工藝要求，將工件需要噴漆的位置進(jìn)行劃分，明確對應(yīng)噴涂工作點(diǎn)內(nèi)機(jī)器人的數(shù)量及其具體噴涂作業(yè)任務(wù)，分析選用最合適的噴涂作業(yè)模式及對應(yīng)的噴涂機(jī)器人。最后，根據(jù)普通汽車鈑金噴漆店現(xiàn)有的生產(chǎn)環(huán)境和相關(guān)設(shè)施，對噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與布局進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）完成噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件及其電氣部分設(shè)計(jì)。包括：主控制器、工控機(jī)、噴槍、涂料供給裝置等設(shè)備的分析選型與電氣設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)各模塊與端口的配置，整個(gè)噴涂工作點(diǎn)組網(wǎng)通訊規(guī)劃，工件識別與定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)，噴涂工作點(diǎn)相關(guān)電氣原理圖設(shè)計(jì)。（3）完成噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在離線與自動(dòng)兩個(gè)工作模式之間的自由轉(zhuǎn)換。開發(fā)人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對噴涂工作點(diǎn)各工位生產(chǎn)與運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。根據(jù)工作點(diǎn)各工位的實(shí)際生產(chǎn)工藝流程，設(shè)計(jì)對應(yīng)的PLC控制程序，實(shí)現(xiàn)相關(guān)程序控制對應(yīng)工位，確保安全穩(wěn)定生產(chǎn)。依據(jù)汽車產(chǎn)品的噴涂工藝要求和噴涂區(qū)域的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對機(jī)器人噴涂作業(yè)軌跡進(jìn)行示教編程，滿足普通汽車鈑金噴漆店實(shí)際生產(chǎn)需求。（4）在生產(chǎn)現(xiàn)場，完成噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)的檢測與調(diào)試工作。根據(jù)試運(yùn)行階段與噴涂生產(chǎn)測試過程中遇到的相關(guān)問題，對工作點(diǎn)硬件與軟件部分進(jìn)行針對性的調(diào)整和優(yōu)化，滿足設(shè)計(jì)要求，提升噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)整體性能。3.擬解決的關(guān)鍵性問題本課題擬根據(jù)相關(guān)汽車鈑金噴漆店的實(shí)際噴涂生產(chǎn)需求和當(dāng)前的生產(chǎn)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種低成本、高性能且兼容性與通用性較強(qiáng)的噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)，來替代企業(yè)以往人工噴涂汽車的生產(chǎn)作業(yè)模式。具體需要解決的關(guān)鍵性問題如下：（1）分析噴涂作業(yè)對象，根據(jù)汽車鈑金噴漆店對汽車的實(shí)際噴涂生產(chǎn)需求和噴漆工藝要求，設(shè)計(jì)底漆與面漆噴涂模式，并明確其對應(yīng)的生產(chǎn)工藝流程；（2）以某款汽車工件為例，對其需要噴漆的位置進(jìn)行劃分，明確機(jī)器人的噴涂作業(yè)任務(wù)。（3）通過方案論證，選擇定位跟蹤噴涂作業(yè)模式和對應(yīng)噴涂機(jī)器人。最后，對汽車噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與設(shè)備布局進(jìn)行規(guī)劃。課題的研究方法、設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方案，可行性分析（含經(jīng)費(fèi)預(yù)算及落實(shí)情況）：1.課題的研究方法、設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方案本文將首先分析噴涂作業(yè)對象，根據(jù)普通汽車鈑金噴漆店對汽車的噴涂生產(chǎn)需求和噴漆工藝要求，將汽車工件需要噴漆的位置劃分成一定數(shù)量的待噴涂區(qū)域，設(shè)計(jì)底漆與面漆兩個(gè)對應(yīng)噴涂工作點(diǎn)。并完成兩站點(diǎn)內(nèi)機(jī)器人具體噴涂作業(yè)任務(wù)、生產(chǎn)工藝流程與相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)布局的規(guī)劃。通過方案論證選用埃夫特六自由度噴涂機(jī)器人，并以定位跟蹤噴涂作業(yè)模式完成汽車底漆與面漆的噴涂任務(wù)。其次，對工件識別與定位系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用RFID裝置與測量光柵識別工件，獲取汽車工件的相關(guān)數(shù)據(jù)信息；通過檢測記錄外置增量編碼器的脈沖數(shù)值，并在接近開關(guān)傳感器的配合下，對工件實(shí)時(shí)定位。同時(shí)完成噴涂工作點(diǎn)相關(guān)元器件與噴涂設(shè)備的分析選型、PLC控制系統(tǒng)各模塊與端口的配置、整個(gè)噴涂工作點(diǎn)的組網(wǎng)通訊以及相關(guān)電氣原理圖的設(shè)計(jì)。最后，借助WinCC軟件平臺開發(fā)人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對噴涂工作點(diǎn)各工位生產(chǎn)工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。使用博途軟件，完成噴涂工作點(diǎn)PLC控制程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)程序控制對應(yīng)工位，確保安全穩(wěn)定生產(chǎn)。根據(jù)汽車工件不同噴涂區(qū)域的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對機(jī)器人進(jìn)行噴涂示教編程，設(shè)計(jì)最佳噴涂作業(yè)軌跡，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人跟蹤噴涂作業(yè)的目標(biāo)。具體試驗(yàn)方案如下：（1）首先，分析噴涂作業(yè)對象，根據(jù)汽車鈑金噴漆店對汽車的實(shí)際噴涂生產(chǎn)需求和噴漆工藝要求，設(shè)計(jì)底漆與面漆噴涂工作點(diǎn)，并明確其對應(yīng)的生產(chǎn)工藝流程；隨后以某款汽車工件為例，對其需要噴漆的位置進(jìn)行劃分，明確機(jī)器人的噴涂作業(yè)任務(wù)。其次，通過方案論證，選擇定位跟蹤噴涂作業(yè)模式和對應(yīng)噴涂機(jī)器人。最后，對噴涂工作點(diǎn)的結(jié)構(gòu)與設(shè)備布局進(jìn)行規(guī)劃，完成整個(gè)噴涂工作點(diǎn)的搭建。（2）汽車噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件及其電氣設(shè)計(jì)：以底漆噴涂模式為例，對其電氣系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，包括相關(guān)元器件的選型、控制柜結(jié)構(gòu)和布局設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)各模塊與端口的配置及站內(nèi)組網(wǎng)通訊。完成整個(gè)噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接回路的設(shè)計(jì)，明確各工作點(diǎn)上位機(jī)與下位機(jī)的通訊方式與地址。對工件識別與定位系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳細(xì)說明工件識別與定位的工藝原理、關(guān)鍵技術(shù)及主要應(yīng)用到的設(shè)備。根據(jù)生產(chǎn)需求選型噴槍和涂料供給裝置等噴涂設(shè)備，并完成其相關(guān)電氣設(shè)計(jì)。最后，完成噴涂工作點(diǎn)的相關(guān)電氣原理圖設(shè)計(jì)。（3）汽車噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：開發(fā)人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對噴涂工作各工位生產(chǎn)工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。以底漆工作為例，完成汽車噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)PLC控制程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)程序控制對應(yīng)工位。為滿足汽車鈑金噴漆店對汽車噴涂的工藝要求，對機(jī)器人進(jìn)行噴涂示教編程，設(shè)計(jì)最佳噴涂作業(yè)軌跡，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人跟蹤噴涂作業(yè)的目標(biāo)。（4）汽車噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)運(yùn)行與測試：首先，對噴涂工作點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行檢測，檢查控制系統(tǒng)與各工位之間的通訊是否正常，并調(diào)試機(jī)器人本體的伺服系統(tǒng)，提高機(jī)器人噴涂作業(yè)精度。其次，對工作點(diǎn)進(jìn)行噴涂生產(chǎn)測試，主要包括：工件輸送與識別測試，定位跟蹤噴涂作業(yè)測試。最后，對上述測試過程中遇到的相關(guān)問題進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的解決方案，使噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)滿足預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，提升其整體噴涂作業(yè)性能。2.可行性分析（1）市場應(yīng)用需求迫切隨著操作工人健康意識的增強(qiáng)和我國人口老齡化的加劇，在國內(nèi)許多相關(guān)企業(yè)已出現(xiàn)用工貴、招工難情況，人工成本投入逐年增加，這使得企業(yè)的利潤率降低兇。因此，開發(fā)噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)來代替人工噴涂作業(yè)，提高汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與噴涂質(zhì)量，降低人工成本，增加企業(yè)利潤，滿足市場需求與競爭力，已成為一個(gè)熱門的工業(yè)應(yīng)用類研究課題。（2）系統(tǒng)性能優(yōu)異本文設(shè)計(jì)的噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)兼容性與通用性較好，能夠?qū)崿F(xiàn)對多種汽車工件的交替混合噴涂作業(yè)，滿足相關(guān)汽車鈑金噴漆店的實(shí)際噴涂生產(chǎn)需求，且自動(dòng)化噴涂作業(yè)的效率與性能較高，非常適合在相關(guān)的普通汽車鈑金噴漆店內(nèi)大范圍推廣。（3）成本預(yù)估①圖書資料費(fèi)：購買圖書、訂閱有關(guān)報(bào)刊、雜志、檔案、文獻(xiàn)等材料的費(fèi)用、搜集資料，共300元；②印刷、復(fù)印費(fèi)用等共500元；③調(diào)研差旅費(fèi)：外出參觀學(xué)習(xí)、考察等費(fèi)用，1500元；⑤專家咨詢、報(bào)告費(fèi)，1000元；⑥計(jì)算機(jī)使用費(fèi)∶包括計(jì)算機(jī)購置費(fèi)、錄入費(fèi)、軟件設(shè)計(jì)費(fèi)、上網(wǎng)費(fèi)、維護(hù)費(fèi)等，共2000元；⑦儀器、設(shè)備購置費(fèi)∶購置課題研究所需的儀器、設(shè)備以及文具紙張等費(fèi)用，共2000元。課題計(jì)劃進(jìn)度和預(yù)期成果：2020.10-2020.12：查閱文獻(xiàn)，做好筆記，列出文獻(xiàn)綜述，進(jìn)行論文開題；2020.12-2021.01：完成汽車噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件及其電氣設(shè)計(jì)2021.01-2021.03：完成汽車噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)并進(jìn)行測試，形成論文初稿；2021.03-2021.05：根據(jù)指導(dǎo)老師意見進(jìn)行論文修改；2021.05-2021.06：形成論文終稿，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。文獻(xiàn)綜述院（系）專業(yè)年級研究生姓名學(xué)號導(dǎo)師姓名閱讀文獻(xiàn)范圍、內(nèi)容及文獻(xiàn)綜述水平評語：噴涂機(jī)器人作為一類應(yīng)用型機(jī)器人既擁有一般機(jī)器人特性，也結(jié)合了表面噴涂技術(shù)。因此，噴涂機(jī)器人發(fā)展歷程既伴隨著一般機(jī)器人技術(shù)的提高，也伴隨著表面噴涂工藝技術(shù)的改善。機(jī)器人總體發(fā)展而言，在機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式方面出現(xiàn)了串聯(lián)方式、并聯(lián)方式和串并聯(lián)混聯(lián)方式；在控制系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)了多軸控制、實(shí)時(shí)控制、現(xiàn)場總線控制、分布式控制、集中式控制和嵌入式控制等；在智能化系統(tǒng)方面引入了很多先進(jìn)控制算法和高精度傳感測量設(shè)備；在系統(tǒng)可靠性方面通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)器人系統(tǒng)的各個(gè)子模塊系統(tǒng)和整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行綜合FMECA的分析和可靠性評估。一、噴涂機(jī)器人噴涂工藝學(xué)相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀噴涂工件表面的噴涂質(zhì)量除與工件表面的曲面造型有關(guān)外，還與噴涂機(jī)器人集成化噴涂工藝參數(shù)有著密切關(guān)系。與普通機(jī)器人相比，噴涂機(jī)器人在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還需要考慮如何設(shè)計(jì)防爆裝置，如何布置油漆和空氣管道，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面還需要考慮如何進(jìn)行噴涂軌跡規(guī)劃，如何控制用于控制油漆流量、換色、空氣壓強(qiáng)等的輸調(diào)漆系統(tǒng)。目前涂裝作業(yè)通常采用的噴涂方式包括空氣式噴涂、等離子熱噴涂和高速靜電旋杯噴涂三種?？諝馐絿娡渴抢脡嚎s空氣，使噴槍噴嘴孔處形成負(fù)壓，負(fù)壓使油漆通過油漆管道吸入，經(jīng)噴槍噴嘴噴出，形成霧狀漆，油漆霧沉積到工件表面后形成均勻一致的漆膜，油漆的流量可以通過計(jì)量齒輪泵或流量計(jì)與節(jié)流閥組成的IPS控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)［1］。等離子熱噴涂是利用熱源將需要噴涂的材料加熱成熔化或半熔化狀態(tài)，然后以一定的噴射速度沉積到經(jīng)過預(yù)處理的工件表面后形成涂膜，其中熱源、焰流速度、噴嘴直徑等參數(shù)對等離子熱噴涂效果有著直接影響［2］。Jiradech［3］等人提出基于決策論的等離子噴涂機(jī)器人控制思想，實(shí)現(xiàn)對氣輪機(jī)內(nèi)部噴涂時(shí)控制涂膜厚度。靜電噴涂是利用噴涂旋杯高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大離心力，使涂料在旋杯內(nèi)杯面延展成薄膜，在離心作用力和強(qiáng)靜電場作用下破裂成帶負(fù)電的漆霧，最后通過整形空氣和靜電場作用使漆霧運(yùn)動(dòng)到待噴涂工件表面形成涂膜層。自1969年，挪威Trallfa公司推出第一臺全自動(dòng)噴涂機(jī)器人后，經(jīng)過四十多年發(fā)展，國外已突破了很多噴涂工藝技術(shù)方面的難題，全球幾大知名機(jī)器人公司都已相繼推出了實(shí)用型噴涂機(jī)器人。目前，國外噴涂機(jī)器人研究主要集中于對大型復(fù)雜自由曲面的噴槍軌跡進(jìn)行規(guī)劃、離線智能化編程技術(shù)的提高、噴涂質(zhì)量自檢測技術(shù)以及涂膜累積分析模型的改進(jìn)等。同時(shí)，有研究者［4］提出通過引入溫度因素，對已有的有限區(qū)域模型進(jìn)行修正，對區(qū)域外忽略的量進(jìn)行一定補(bǔ)償。通常這些模型都是基于噴槍定點(diǎn)噴涂霧化形狀為實(shí)心圓錐狀的情況，而對于高速旋杯靜電噴涂而言，噴槍噴出的噴霧并不是實(shí)心圓錐狀，而是類似火山狀的模型。Conner［5］等人提出高速旋杯式靜電噴涂涂膜累積數(shù)學(xué)模型，以此提高分析模型的精度，該模型將定點(diǎn)噴涂模型簡化為一維偏置高斯分布模型在平面繞噴槍軸旋轉(zhuǎn)生成二維平面高斯分布模型。早期噴涂機(jī)器人噴涂作業(yè)的路徑規(guī)劃是通過熟練操作工示教來完成，這種方法對操作工的操作熟練程度及操作經(jīng)驗(yàn)有相對較高的要求，并且需要對已獲得的噴涂軌跡進(jìn)行反復(fù)多次的人工修正，噴涂工藝相對單一，操作過程比較繁瑣，噴涂機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)沒有被充分發(fā)揮出來。隨著CAD技術(shù)的不斷提高和完善，Klein［6］提出利用待噴涂工件的CAD三維模型數(shù)據(jù)生成噴槍的噴涂軌跡。Zaki［7］等人提出采用逆向工程法，對未知模型的噴涂軌跡進(jìn)行規(guī)劃。Chen［8］等人對自由曲面自動(dòng)噴涂軌跡生成問題進(jìn)行了相關(guān)研究。除此之外，也有不少研究者提出采用分片處理法，將待噴涂工件表面分成若干子片，首先在子片區(qū)內(nèi)對噴涂軌跡進(jìn)行優(yōu)化，然后在片區(qū)間進(jìn)行軌跡優(yōu)化。如江蘇大學(xué)的李發(fā)忠［9］等人采用點(diǎn)云切片技術(shù)對大型自由曲面自動(dòng)噴涂軌跡的生成進(jìn)行了大量研究，該法將近幾年內(nèi)比較熱門的云處理技術(shù)運(yùn)用到最優(yōu)噴涂軌跡的遍歷當(dāng)中，首先將獲得的待噴涂件三維數(shù)據(jù)劃分成一個(gè)個(gè)點(diǎn)云片區(qū)，再在片區(qū)內(nèi)對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，然后通過切片技術(shù)獲取片區(qū)內(nèi)噴槍在待噴涂工件表面上的噴槍投影軌跡，計(jì)算噴槍投影點(diǎn)處的法相加權(quán)值，隨后將噴槍沿法相偏置一定距離，將所有偏置值順次連接構(gòu)成噴槍空間軌跡，最后通過廣義旅行商算法（GTSP）將各個(gè)子片區(qū)的軌跡連接在一起，構(gòu)成整個(gè)待噴涂工件的空間噴槍運(yùn)動(dòng)軌跡。由于國內(nèi)機(jī)器人技術(shù)起步較晩，機(jī)器人技術(shù)方面亟待解決的問題較多，同時(shí)對于噴涂機(jī)器人技術(shù)與噴涂工藝相結(jié)合方面仍存在著很多技術(shù)難題。我國較早的機(jī)器人自動(dòng)噴涂生產(chǎn)線是由1993年機(jī)械工業(yè)部北京自動(dòng)化研究所生產(chǎn)的PJ系列電液伺服噴涂機(jī)器人組成的，在此之后，航空航天工業(yè)部、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海機(jī)床廠、華東理工大學(xué)、天津大學(xué)等都已自行研制開發(fā)了一系列型號的噴涂機(jī)器人樣機(jī)，但就目前實(shí)際應(yīng)用情況而言，現(xiàn)有的噴涂機(jī)器人都存在一定的問題，因此還未有一臺可以成熟應(yīng)用的商業(yè)產(chǎn)品［10］。除此之外，國內(nèi)噴涂機(jī)器人軌跡規(guī)劃方面主要還是以示教為主，對于離線編程控制和噴槍工藝學(xué)分析還是以借鑒國外成熟技術(shù)為主。就整個(gè)噴涂機(jī)器人工藝學(xué)來說，國外發(fā)展的相對較快，對噴涂質(zhì)量控制的相對較好，且在一定程度上實(shí)現(xiàn)了離線編程技術(shù)，而國內(nèi)在機(jī)器人噴涂工藝參數(shù)集成化的研究方面相對比較滯后。二、噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀噴涂機(jī)器人的控制算法實(shí)現(xiàn)主要受到末端噴槍空間運(yùn)動(dòng)軌跡的影響，而噴涂軌跡則需要綜合考慮噴涂工藝參數(shù)和噴涂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)。針對噴涂軌跡這一問題，國內(nèi)外有大量的學(xué)者對此進(jìn)行了相關(guān)分析研究，如Antonio［11］等人采用數(shù)值求解法，以待噴涂工件表面上離散點(diǎn)處的涂膜厚度與整個(gè)待噴涂表面理想涂膜厚度的均方差為優(yōu)化目標(biāo)，對平面噴涂的噴槍運(yùn)動(dòng)軌跡、噴槍移動(dòng)速率，噴射張角等參數(shù)進(jìn)行了研究。Vejko［12］等人從噴涂機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方面入手，以涂料的用量和電機(jī)負(fù)載為優(yōu)化目標(biāo)，在保證涂膜質(zhì)量的前提條件下，對噴涂過程中集成工藝參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。清華大學(xué)的陳雁［13］等人基于拋物線涂膜累積厚度模型，分析驗(yàn)證了相鄰路徑涂膜重疊量對涂層均勻性的影響。清華大學(xué)的王朝暉［14］等人通過構(gòu)建飛機(jī)表面的三維虛擬模型，提出噴涂控制的三層噴涂控制結(jié)構(gòu)方案,對噴涂過程中的工藝參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行集成化和模塊化處理，提高了自動(dòng)噴涂的控制能力。除此之外，并聯(lián)機(jī)構(gòu)與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，由于各獨(dú)立支鏈之間存在相互耦合約束，末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)是由各個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈非線性映射的結(jié)果，很難找到一種適用于所有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)