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项目·AUDI Q5 ABB喷涂机器人的系统设计和测试
我国在机器人技术方面的研究起步较晚对工业机器人控制器的研究比国外落后很多。目前国内对控制器体系结构方面的研究非常少，而对机器人控制算法和控制策略的研究比较多。近几年来随着企业和研究单位的大量投入国内在运动控制卡技术方面取得了不错的发展。目前已经有比较成熟的运动控制卡产品如固高公司。由于工业机器人技术上的某些关键技术，如谐波减速器，伺服电机等技术比较落后，使得国内工业机器人控制系统没有得到广泛的应用。相信随着国内机器人关键零部件设计制造水平的提升，国产的工业机器人控制系统将会得到广阔的用武之地。
系统总体方案设计
1. 控制系统的功能需求
喷涂机器人整体功能的实现很大程度上都依赖于控制系统的功能。喷涂机器人控制
系统应具备的具体功能有：
(1) 控制机器人各关节的启动/停止，正转/反转，喷枪阀的打开/关闭，让机器人的
各个转动关节协调地工作。
(2) 能对机器人末端喷枪的行走速度进行调节，有几种速度可选。采取一定的措
施保证运动速度的稳定性。
(3) 对喷涂机器人的供电进行控制，注意供电安全，制动器需加单独的供电控制
(方便安装调试)，在而板.上显示电源供电状态。
(4) 选用合适的编码器，采集各关节的转动角度信号，当采集到的转动速度超过
设定的*大速度时，做停机处理并给出警告信号，以防事故的发生。
(5) 为了节约成本使用了增量式编码器，因此每次上电启动后，系统都需要进行
自动寻找零点。
能让用户方便地了解
(6) 通过LCD 触摸屏来提供用户操作接口(按键和显示)，
系统状态和设定喷涂机器人的工作方式。
(7) 为了防止控制系统出现故障时致使机构损坏，需在机械限位前加光电限位开
关，当检测到异常信号后，做停机处理并给出警告信号，以防事故的发生。
2 .控制系统的安全需求
4. 控制系统的人机交互设计
系统应具备的具体功能有：
(1) 控制机器人各关节的启动/停止，正转/反转，喷枪阀的打开/关闭，让机器人的
各个转动关节协调地工作。
(2) 能对机器人末端喷枪的行走速度进行调节，有几种速度可选。采取一定的措
施保证运动速度的稳定性。
(3) 对喷涂机器人的供电进行控制，注意供电安全，制动器需加单独的供电控制
(方便安装调试)，在而板.上显示电源供电状态。
(4) 选用合适的编码器，采集各关节的转动角度信号，当采集到的转动速度超过
设定的*大速度时，做停机处理并给出警告信号，以防事故的发生。
(5) 为了节约成本使用了增量式编码器，因此每次上电启动后，系统都需要进行
自动寻找零点。
能让用户方便地了解
(6) 通过LCD 触摸屏来提供用户操作接口(按键和显示)，
系统状态和设定喷涂机器人的工作方式。
(7) 为了防止控制系统出现故障时致使机构损坏，需在机械限位前加光电限位开
关，当检测到异常信号后，做停机处理并给出警告信号，以防事故的发生。
2 .控制系统的安全需求
控制系统的安全功能设计包括工作空间限制，紧急停止,使能开关以及防爆措施四
个功能。下而分别做一下简单介绍。
(1) 工作空间限制: 机器人的设计允许在三个主要轴上安装用于工作空间限制的
机械停止附件，除此之外，使能软限位可以限制所有轴的运动范围。
(2) 紧急停止: 急停按钮安装在机器人的控制而板上，在程序进行和操作当中同
样可以使用。当在测试模式下按下紧急停止键时，紧急停止功能会立即断开驱动器。制
动器断电并保持制动。在自动模式下，紧急停止功能将通过断开驱动器的电源达到迅速
停止的目的，一旦机器人处于停止状态，驱动器便会断开连接。
(3) 使能开关: 控制而板设有几处使能开关,通过使能开关可以安全启动机器人
运动，也可以使危险运动安全停止并分离驱动。
3. 控制系统的总体结构
个功能。下而分别做一下简单介绍。
(1) 工作空间限制: 机器人的设计允许在三个主要轴上安装用于工作空间限制的
机械停止附件，除此之外，使能软限位可以限制所有轴的运动范围。
(2) 紧急停止: 急停按钮安装在机器人的控制而板上，在程序进行和操作当中同
样可以使用。当在测试模式下按下紧急停止键时，紧急停止功能会立即断开驱动器。制
动器断电并保持制动。在自动模式下，紧急停止功能将通过断开驱动器的电源达到迅速
停止的目的，一旦机器人处于停止状态，驱动器便会断开连接。
(3) 使能开关: 控制而板设有几处使能开关,通过使能开关可以安全启动机器人
运动，也可以使危险运动安全停止并分离驱动。
3. 控制系统的总体结构
从喷涂机器人控制系统需实现的功能可以看出，该系统应具有前向通道(传感器)、
后向通道(电机及喷枪阀等的控制) 和数据运算处理部分(决定控制时机和方式) 及人
机界面，是一个闭环控制系统。由于PC104 嵌入式系统的运算处理功能强，可靠性高,
体积小，适用于各种开发平台，调试方便，且成本低，所以优先考虑用PC104 嵌入式
系统来实现该喷涂机器人控制系统
以PC104 嵌入式系统为中心，该控制系统的控制过程如下:
启动一自动寻找零点一设定编码器零位一设定工作模式一逻辑运算处理一控制和
状态信号输出一编码器输出信号一反馈控制。这样，整个控制系统就可以划分为PC104
嵌入式系统、执行机构驱动电路、传感器、电源和控制而板几部分，控制系统的总体结
构图如图所示。
4. 控制系统的人机交互设计
控制系统的人机交互部件分为两部分: 控制面板和LCD 触摸屏。控制而板用于完
成喷涂机器人的启动、停止控制、系统工作状态指示等。LCD 触摸屏可以用于完成喷
涂机器人示教、各关节运动参数的输入、系统工作方式设定、手动操作和自动操作、数
据的保存和读取等。由于工厂作业环境较为复杂，控制而板应被设计成密封形式。
而板中各按键的功能定义如下:
(1)“启动”: 按下后给喷涂机器人的各控制部件供电，并点亮供电指示灯。
(2)“停止”: 按下则关闭喷涂机器人的各控制部件电源，此时喷涂机器人将在失
电制动器的作用下立即停止。
(3)“紧急制动”: 正常情况下一般使用“停止”按键断开喷涂机器人的电源。但
是，当喷涂机器人工作异常的情况下，可以使用“紧急制动”快速断电，此时喷涂机器
人将在失电制动器的作用下立即停止。而且，当此按键被按下锁死时，按“启动”按键
是无法启动的，必须先将“紧急制动”弹起后，才能再次启动。
而板中的各指示灯的功能定义如下:
(1)“电源指示灯”: 喷涂机器人接通电源时亮，切断电源时熄灭。
(2)“故障灯”: 当喷涂机器人工作异常时，故障灯亮，清除故障后，故障灯熄灭。
此外，除了面板上的指示灯外，在LCD 触摸屏上的某些操作界而上也有一些软件虚拟指示状态灯。
成喷涂机器人的启动、停止控制、系统工作状态指示等。LCD 触摸屏可以用于完成喷
涂机器人示教、各关节运动参数的输入、系统工作方式设定、手动操作和自动操作、数
据的保存和读取等。由于工厂作业环境较为复杂，控制而板应被设计成密封形式。
而板中各按键的功能定义如下:
(1)“启动”: 按下后给喷涂机器人的各控制部件供电，并点亮供电指示灯。
(2)“停止”: 按下则关闭喷涂机器人的各控制部件电源，此时喷涂机器人将在失
电制动器的作用下立即停止。
(3)“紧急制动”: 正常情况下一般使用“停止”按键断开喷涂机器人的电源。但
是，当喷涂机器人工作异常的情况下，可以使用“紧急制动”快速断电，此时喷涂机器
人将在失电制动器的作用下立即停止。而且，当此按键被按下锁死时，按“启动”按键
是无法启动的，必须先将“紧急制动”弹起后，才能再次启动。
而板中的各指示灯的功能定义如下:
(1)“电源指示灯”: 喷涂机器人接通电源时亮，切断电源时熄灭。
(2)“故障灯”: 当喷涂机器人工作异常时，故障灯亮，清除故障后，故障灯熄灭。
此外，除了面板上的指示灯外，在LCD 触摸屏上的某些操作界而上也有一些软件虚拟指示状态灯。
