随着工业4.0时代的到来,国内的制造业正面临着重大的转型升级,而恰恰钢铁制造是涉及国计民生的重中之重。高品质特殊钢是钢铁材料中的高科技产品,关系到我国海洋、航空、先进装备制造等至关重要领域的发展与壮大。正是由于特钢的特殊地位,所以有必要在全产业链实现可追溯生产,有必要在特钢精整线上开发一套自动标识的喷码设备。旨在解决人工印刷所导致序列码不规范、不清晰、效率低等问题。本课题组以某特钢企业的精整线为背景,通过走访和调研国内外研究现状,开发了一套适用于精整线特钢棒材端面自动喷码的直角坐标机器人系统。该系统在实验室进行多次试验,结果证明其具有喷码效率高、喷码质量高、自动化程度高、制作成本低等特点。本论文主要从精整线自动喷码方案设计、直角坐标机器人执行系统设计、控制系统软硬件设计和特钢棒材喷码试验优化等四方面进行了研究和设计。所做工作主要包括:1)通过实际走访有关钢铁标识领域的龙头企业,又结合河北省某特钢企业的精整线,分析了其喷码的必要性和技术难点,最终确立了基于直角坐标机器人和激光测距仪的喷码方案和喷码流程;2)结合设计的方案,利用三维设计软件Sliodworks进行了整体设计建模,包括机器人本体、工作台、支架、末端执行器等,然后进行了有限元分析和运动仿真,发现完全可以满足喷码要求,然后进行了电机、直线模组、油墨喷码机、激光测距仪等选型工作和零件的加工制造,最后完成了试验样机的安装与搭建;3)基于预先设计的喷码流程,设计了集散式的控制方案,进行了控制器、人机界面、传感器、低压元器件的选型,根据以伺服系统和控制器为核心的硬件系统,完成了整个电气原理图、控制面板图和控制柜元器件布置的设计和绘制,然后完成了接线,并调试了伺服系统,完成了伺服系统的响应增益、电子齿轮比、惯性比等参数的设置;4)基于预先设计的喷码流程,完成了控制程序,主要包括:MATLAB特钢特钢棒材大小识别程序、OPC通讯、激光测距传感器ModBus-Rtu读取程序和运动控制PLC程序等,然后完成了人机界面软件设计和编译工作;5)总体设计完成后,进行了若干次实验室喷码实验,解决和优化了走线方式,利用黑色螺纹管和绕带固定了错综复杂的线缆,确定了最佳喷码速度和油墨粘度参数,并对识别率进行了统计,试验过后发现效果良好,满足特钢企业提出的喷码要求。