随着平面喷绘技术的成熟，喷墨技术开始从平面延伸到三维。南开大学进行了三维喷绘机器人原理机的研究，该原理机存在精度不够高、作业空间较小、每次只能喷一种颜色等问题。原因主要在于下位机控制系统性能不足，为此，本文重点研究三维喷绘机器人下位机的控制，设计并实现了真彩色喷头协调运动与喷墨控制系统。　　 本文根据三维喷绘机器人系统架构，将喷头协调运动与喷墨控制作为独立的子系统，由上位机通过以太网统一控制，并具有两级同步机制。三维喷绘作业过程中喷头必须紧贴模型表面运动，这就要求喷头具有上下运动的自由度，比平面喷绘运动复杂得多。本文设计了满足三维喷绘作业需求的机械结构，搭建了基于PMAC的七轴运动控制平台，并在此基础上结合运动程序，实现四色喷头协调运动。本文设计了独特的喷头横向定位方法，利用位置触发信号作为喷头运动与喷墨控制之间的同步脉冲。研究了喷头的工作原理，设计了基于FPGA的真彩色喷墨控制系统。在FPGA中搭建SOPC硬件平台，并设计了喷墨控制驱动板直接驱动喷头。设计了具有自主知识产权的喷头控制IP核opb_oj64和相应的驱动程序，完成处理器与喷头之间的时序交互。移植Xilkernel操作系统和LwIP网络协议，并设计了喷墨控制程序，在FPGA中搭建TCP服务器，接收上位机的喷墨数据和任务级喷墨命令，最终实现对喷墨过程的控制。将喷头协调运动与喷墨控制系统集成到三维喷绘机器人工程样机中，作为下位机控制系统的核心。最后，设计了一系列实验验证系统性能，结果表明，本文设计的系统能够满足三维喷绘速度、精度和实时性要求，解决了原理机存在的问题。本系统对上位机屏蔽了底层硬件细节，可以很好地用于三维喷绘作业，对于三维喷绘机器人具有重要的意义。