1.目的及意义

1.1、研究目的及意义

目的：对风电叶片的涂装工艺，涂料系统及涂装环境进行研究，拟定出最佳的涂装工艺流程。通过Solidworks或UG_8.0设计出机器人手臂进行恒力加工，搭建适合的机器人系统，设计出适合风电叶片涂装的涂刷头进行涂装，提高涂装的精度和叶片表面质量，以此增加叶片使用寿命，节约维护成本。

意义：风能作为可再生能源的一种，已经越来越受到人们的青睐和重视。风电叶片作为风力发电机的重要部件，由于经常在环境恶劣的地区置于室外环境，受到砂害、盐雾侵蚀以及空气中的昆虫和赃物的附着导致表面质量破坏，影响了风电叶片的运行成本和安全。表面涂装工艺使得风电叶片具有更强的抗疲劳性、抗冲击性、耐老化性、耐腐蚀性和耐热性等、这样可以大大节约发电成本。应用机器人进行风电叶片的生产和修复具有加工质量高、加工成本低、降低工人作业强度和避免粉尘危害的特点，是将作业人员从高污染、高强度的作业环境中解放出来的有效方法。

工业机器人是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把加工设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的加工。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，得到了工业部门的重视。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1研究（设计）的基本内容

本文以用于风电叶片涂装的涂刷头为研究对象，针对机器人的机构、控制策略、运动学和动力学以及风电叶片涂装过程仿真等方面的问题开展研究工作，主要包括确定机器人总体设计方案，风电叶片涂刷头结构设计及材料选用，驱动平台搭建、气动及电动控制系统设计，恒力加工装置设计，图像识别及定位分析、风电叶片涂装机器人机械特性分析、控制原理分析、涂装过程仿真分析等。

2.2、研究（设计）的目的

通过Solidworks或UG_8.0设计软件的应用，设计出适合风电叶片涂装的涂刷头工业机器人及其恒力加工装置，建立气动和电动控制平台，编写PLC程序，利用图像识别技术和力传感器实现恒力精确涂刷，以此增加叶片使用寿命，节约维护成本。通过机器人选型和涂装部件设计，建立能够实现七轴机器人移动旋转、供漆涂刷、机器人手臂长度变化、电气联动控制的系统，设计出符合生产要求的风电叶片涂刷机器人，降低工人作业强度和避免粉尘危害，提高风电叶片表面质量，避免叶片因为载荷不均匀导致的风电叶片损坏。依据图像识别设计出合适的涂装定位方案，符合叶片表面质量要求和加工精度要求。对涂刷机器人相关内容进行生产过程设计，绘制工艺流程和相关产品图纸。

2.3、研究（设计）拟采用的技术方案及措施

拟采用机器人手臂技术实现七轴联动加工，其中移动部分采用埋地导轨设计，节约地面空间，通过导轨选型完成。机器人手臂部分包括一个水平臂（工艺臂），一个垂直臂，每个手臂均有马达装置，包括一台同步马达、一台制动马达、一台反馈装置。垂直臂下方为底座单元及支座单元，负责支撑和连接导轨。机器人连接部分采用伞齿轮结构，分上下部伞齿轮，增大加工范围。

机器人涂刷头部分利用气动系统实现机器人恒力加工，由于所需压力很小，采用小型长臂伸缩缸实现机器人涂刷头长度的变化。利用压力传感器测量压力，当长臂伸缩缸达到所需压力时，输出电信号关闭气阀，使手臂长度保持不变；当压力发生变化时，通过输出电信号的正负来控制气阀开合，实现手臂部分的伸长或缩短。搭配PLC控制系统通过联动实现机器人手臂长度变化及恒力加工。