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喷涂机器人运动机构的控制

时间：2017-10-19 阅读：9058

喷涂机器人运动机构的控制

运动机构控制系统

喷涂机器人控制系统结构主要包括:喷涂系统、PC电脑、数控系统、电气控制柜等，软件包括数控系统参数的修改、PLC程序编制等。

喷涂机器人的主要运动机构(X, Y,Z轴)由数控系统和执行机构完成，其他辅助由数控系统的PLC完成。为了防止运动机构运行超程，在X, Y, Z三轴两端安装了限位开关，当三轴碰到限位开关时，系统会报警提示工作人员。

喷涂机器人运动机构需要满足三个主轴滚珠丝杠可以同步运动、X轴滚珠丝杠可以按照需要更改运动的速度、Y轴按照工件的厚度调整位置保证工件喷涂面与喷枪或者旋杯之间的距离为25cm, Z轴运行到喷涂起点位置准备喷涂。喷涂机器人有X, Y, Z三个进给坐标，其中X, Y两个坐标在底座上，为工件运动，Z坐标在喷涂机器人的主机上。喷涂机器人运动机构主要由丝杠和直线圆柱轨道组成的机械部分。如图3. 12伺服系统结构简图。

控制系统起到的作用就是对开关、按钮、传感器等输入信号进行分析，从而做出响应来控制各执行机构完成相应的运动，使整个喷涂过程准确而精准进行。

图3. 13为伺服控制系统结构图。根据喷涂机器人运动机构控制系统结构看主要包括数控系统、伺服系统、操作面板等，软件结构包括控制系统参数修改、PLC控制程序编制等。喷涂机器人运动机构(X, Y, Z轴)由控制系统和执行部件来控制实现，速度位置由PLC和电气控制电路完成。

控制系统的人机交换

喷涂机器人控制系统人机交换分为控制面板(图3. 14和触摸屏两部分。控制面板包括:红色指示灯、开关主机开关、紧急开关、控制系统开关、电脑启动开关、USB端口。

① 高压指示灯:喷涂为高压静电喷涂，喷涂机器人工作时，指示灯亮。

② 主机开关:启动停止喷涂机器人;

③ 紧急停止：当喷涂机器人出现异常时，使用经紧急停止按钮，快速断电。机器人立即停止工作；

④ 电脑开关：打开PC电脑，进入喷涂系统；

⑤ 系统开关：打开喷涂机器人所有的控制系统；

⑥ USB端口：调试写入和更改喷涂机器人程序，维修升级喷涂系统。

触摸屏可以用于完成实验室喷涂机器人模拟、底座运动参数的输入、系统工作方式设定、喷涂程序的编写更改、数据的保存和读取等。改进前后喷涂机器人的控制系统变化不大，X轴、改进前和Z轴仍采用之前的控制系统，单独新增加一个调被喷涂距离的系统。(如图3. 15a 3. 15b改进后)

执行机构的选择

喷涂机器人背板的运动由驱动器和运动结构组成共同完成的。最常见的驱动方式包括:液压驱动、气压驱动、电器驱动等三种驱动方式，目前以电气驱动最为常见。液压驱动和气压驱动适合在驱动力大、运动精度不高的场合使用。

电机驱动是用电机作为总动力的运动，具有驱动力大、反应快、控制灵活等特点。多应用于喷涂机器人驱动。

液压驱动使用液压设备最为总动力的运动，具有输出力矩大、运动平稳、结构紧凑、防爆性好等特点，在工程机械行业应用比较广泛。

气压驱动是使用气压设备为总动力的运动，特点是精度低、稳定性差。对比以上驱动法式，本次设计选择电机驱动，考虑到直流电机容易产生火花，喷涂机器人属于静电喷涂，不适合在喷涂机器人上使用。喷涂机器人底座应选择交流伺服电机来驱动。

虽然控制仍采用之前控制系统，但是X轴伺服电机空载转速太慢，所以更换X轴伺服电机，根据已知条件以X轴为例计算选择伺服电机。

伺服电机计算结果:

选择伺服电机

额定扭矩T>Tf且T>Tims,

最大扭矩Tmax>Tf+TA.

下表3-5伺服电机的选择：

由表3-5可以看出X轴新选伺服电机转速增加、扭矩增大、最大转速增大，所以新的伺服电机可以增加X轴空载速度，节约喷涂时间，提高喷涂效率。

小结

通过结合实际需要确定喷涂机器人的基本参数，利用所学习的理论知识计算出滚珠丝杠的各种参数，结合实际选出相应的滚珠丝杠和导向部件，得到滚珠丝杠的实际导程等参数，利用CATIA三维软件设计喷涂机器人的机械运动机构以及其他部件的基本模型。分析了喷涂机器人运动机构的控制，控制系统人机交换，改进前后喷涂机器人喷涂页面的不同。通过详细的计算，对伺服电机的从新选择选择。