喷涂机器人作为一款应用型自动化喷涂设备,在汽车现代化涂装线上得到了极为广泛的应用。本课题以一款自主研发的固定式五自由度串并混联喷涂机器人为研究对象,分析了该机器人的运动学性能,喷涂集成化工艺参数,并基于IPC与UMAC结构制定运动控制方案,开发相应的运动功能。本喷涂机器人采用串并混联机构,既具有并联机构误差累积小,又具有串联机构运动空间大的特点。以机构运动学数学分析模型为基础,对机构的运动学正逆解进行分析,以运动学正解模型为基础,采用蒙特卡罗法和极限运动分析法对机构运动空间的灵活度和机构极限运动位置进行理论性分析与研究,为后续的集成化喷涂工艺和运动控制系统提供理论性保障。本机器人喷涂工艺分析采用偏置β曲线旋转模型,建立了喷枪定点喷涂涂膜累积厚度模型,喷枪单道喷涂涂膜累积厚度模型以及喷枪往复式喷涂涂膜累积厚度模型,然后采用“模型投影法”建立了曲面待喷涂工件表面涂膜累积模型。对影响喷涂累积厚度模型的β取值、喷枪距离待喷涂工件表面的距离、单位时间的喷涂总量、喷枪的移动速率以及相邻喷涂轨道间的漆料重叠量进行了分析研究。提出采用变喷枪高度模型来解决串并混联喷涂机器人中并联支链运动幅度问题,对不同喷枪高度下的涂膜累积厚度模型的涂膜均匀一致性进行分析研究。以待喷涂工件表面的涂膜累积厚度方差为优化目标,对同一喷枪高度下的喷枪移动速率和相邻轨道间的涂料重叠量以及不同喷枪高度下衔接处的涂膜重叠量进行了仿真分析,为后续控制系统的喷涂工艺参数集成提供技术支持。本机器人的控制系统采用IPC与UMAC主从式控制结构,根据运动学性能分析和喷涂工艺集成化参数制定了相应的控制方案,选配相应的控制子模块。采用车体识别装置实现一条喷涂线上的多种车型混合喷涂,对喷涂过程中的喷涂时间和喷枪空间运动轨迹进行了相应规划。通过运动规划,实现了喷涂机器人运动机构和车体进给运动机构之间的协同控制,基于机器人控制系统方案和机器人喷枪空间运动轨迹规划,完成了机器人运动功能和上层监测模块的开发。本文针对机器人运动学性能、喷涂工艺集成参数以及机器人喷枪空间运动轨迹等进行了相应仿真分析研究,仿真结果表明本文研究思路的合理性。