一种混联机翼喷涂机器人轨迹规划与控制系统开发的摘要

飞机制造过程中，零部件的表面喷涂是非常重要的环节，涂层质量和喷涂效率是制造商们专注研究的问题。目前，国外先进航空制造业己经开始利用喷涂机器人来完成喷涂作业，这既避免了喷涂环境对于人体的伤害，又极大地提高了喷涂质量和效率。然而国内飞机制造厂商依然采用传统手工喷涂的方式，近几年，随着机器人技术的迅速发展，利用喷涂机器人代替人工手动喷涂己经成为国内航空制造业的发展趋势。本文以一款自主研发的混联机翼喷涂机器人为研究对象，以国产大飞机C919水平尾翼为喷涂对象，对机器人喷涂的关键技术一一轨迹规划和控制系统开发展开了研究，主要研究内容如下:

首先，分析了旋杯式静电喷涂的工作原理，基于有限范围分布模型下的β分布建立了静电旋杯喷涂沉积厚度模型，根据厚度模型对喷涂过程中影响涂层质量的工艺参数进行了仿真分析，最终确定了适合机翼喷涂的各项参数取值。

其次，针对机器人离线编程技术展开研究。将喷涂轨迹规划研究和成熟的数控加工编程技术结合起来，提出了基于CAD/CAM技术的轨迹规划方式;同时针对工件模型的特殊文件格式，在VS2010平台下，以C++为开发语言，自主开发了基于工件STL模型的轨迹规划软件;经过仿真分析，通过两种不同方式制定的喷涂轨迹都光滑连续，覆盖了整个机翼表面，验证了两种轨迹规划方式的可行性，同时也说明自主研发的轨迹规划软件可以满足机翼喷涂的需要。

然后，分析了机器人后置处理的原理与任务，对喷涂机器人运动学展开研究，将喷涂机器人中的混联部分等效成串联机构，基于D-H法建立了混联机翼喷涂机器人的运动学正逆解模型，以此为基础开发了后置处理软件;对机器人进行了运动仿真分析，将后置代码作为机器人模型各轴的驱动输入值，得到了机器人末端位姿信息，通过和喷涂轨迹点进行对比，验证了后置处理系统的准确性。

最后，制定了“工控机+运动控制器+信号放大器”的运动控制方案，设计输调漆系统和安全保障系统方案，并开发了运动控制软件和系统监控软件;完成了系统伺服参数整定工作，联动测试系统响应性能，分析响应曲线，验证了控制系统良好的响应性能。

关键词:喷涂机器人，轨迹规划，离线编程，后置处理，控制系统开发