1．4 本文的研究目标和主要工作

本篇论文的主要目标就是建立自由曲面上的喷枪机器人的喷涂模型，并且根 据这个建立的模型进一步提出喷涂机器人喷涂路径的优化方案。在考虑各种约束 条件以及兼顾喷涂效果和喷涂效率的情况下，要能够建立多目标的优化函数。

对喷涂机器人的喷枪轨迹优化研究从以下几个方面展开：

(1) 介绍喷涂机器人的主要硬件结构，接着从机器人控制器和喷涂机器人工 艺控制方面系统阐述喷涂机器人应当具备的控制功能。

(2) 介绍轨迹优化的原理和方法，了解喷枪的轨迹优化是结合二维平面上的 喷涂作业，需要写出平面和规则曲面的数学的函数表达式，并提前指定 喷枪的空间作业路径。

(3) 在研究自由曲面干涉区上的喷涂机器人轨迹优化问题时，首先建立干涉 区的涂层厚度模型，由于轨迹优化是约束条件下的多目标优化问题，我 们将最短时间和最小涂层厚度方差作为优化目标，运用带权无穷范数理 想点法进行求解。

(4) 使用 robot studio 软件建立汽车简单车门 CAD 模型进行喷涂示教，得出 喷涂路径，并在 Matlab 上进行数值仿真。

第二章 喷涂机器人硬件结构

2。1 引言

    随着喷涂机器人的运用越来越广泛，日常生产中对它的依赖也越来越大，在 我们研究喷涂机器人的轨迹优化前，提前了解它的硬件结构是很有必要的，这将 有利于更加透彻地对喷涂机器人进行研究。 

2。2 机器人主体

喷涂机器人同大部分工业机器人的主体相同，包括：机座、臂部、腕部和终 端执行机构。换句话说就是带有旋转连接以及 AC 伺服电机的 6 轴或者 7 轴联动 的机械集合[8,9]。绝大多数的喷涂机器人都有 3 至 6 个自由度，连接喷枪的腕部

有 1 至 3 个自由度。 驱动系统有两个主要的部分：动力装置和传动机构，执行机构的相应动作就

是由这两个部分发出指令。每个轴的动作由机械臂内部的伺服电动机传动机构控 制。剩下的执行机构就是我们所说的喷枪部位，不同型号、不同工艺要求的机器 人会选择不同的喷枪。 

2。3 机器人控制器

图 2。1 喷涂机器人

每个喷涂机器人都可以独立的工作，机器人控制器就是对驱动系统以及机械 臂的传动装置发出指令，这里的指令是指输入的一系列程序。控制器的主要组成 为机器人手臂内的伺服电机连接的伺服放大器及 CPU 模块，CPU 会根据不同的 生产需要或不同型号的机器人而不同，CPU 内存了生产需要的程序和用户资料， CPU  将这些信息转换成伺服驱动信号发送给伺服驱动放大器，最后由伺服放大

器将信号发送给伺服电动机来控制机器人的运动。 通常来说，工业机器人的控制方式一般采用二级控制方式。其中整个机器人

的工作流程及调度由工控机来负责，而机器人的动作控制则由第二级控制器负责， 喷涂机器人的控制原理和以上所说的工业机器人基本相同。 

当前比较常见的控制模式是工控机和运动控制卡的同时运用，即在工控机的 PIC 插槽中插入运动控制卡，它们之间通过 PIC 总线来进行信息交互。其中工控 机主要负责管理系统的文件、设置系统所需要的参数、翻译机器人语言、检测发 生的故障等，而运动控制卡只负责整个机器人的动作执行。 

图 2。2 喷涂机器人控制器

作为一个合格的控制系统应当具有以下几点要素： 

(1) 可以控制机器人每个关节的启动及停止，正转和反转，喷枪头的打开和 关闭；