人工对蛋糕进行裱花是一项对技艺要求很高且费时费力的工作,裱花机器人可以代替传统的人工裱花,批量地在蛋糕上进行裱花,实现裱花的自动化。本文完成了一种多自由度裱花机器人系统实验样机的设计,实验样机包括裱花机器人机械本体和控制系统软硬件。本文的主要研究工作包含以下几部分:首先,完成了裱花机器人实验样机的结构设计。在完成系统需求分析的基础上,设计了裱花机器人的三自由度直角坐标平台和可以实现四个裱花桶切换的裱花头机构。其次,完成了裱花机器人控制系统硬件设计。搭建了以固高运动控制器为核心的硬件架构平台,完成了控制器模块、驱动模块、传感器模块和电源模块的选型和搭建,该控制系统可以利用多传感器融合技术,实时获取位置信息和工作状态,对多电机协调控制,精准完成裱花的各种运动控制。第三,完成了裱花机器人控制系统软件开发。以Windows操作系统作为软件运行环境,调用动态链接库,使用MFC开发应用软件。在人机交互界面上实现了运动控制、运动轨迹生成、基本参数设置、状态显示、手动控制等,便于用户操作。使用标签控件实现画图和图库的功能,利用Canny边缘检测实现对图片中轮廓的提取,使功能更加丰富。最后,完成了初步的裱花路径规划。建立了裱花嘴流量的数学模型以精确控制奶油的流量,运用改进的双重编码遗传算法进行裱花路径的规划,着重分析路径编码的设计和遗传算子的设计,为进一步的裱花路径优化研究提供方向。