本文针对复杂自由曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化研究存在的问题,基于曲面曲率特性,将复杂自由曲面具体化为不同曲率曲面的组合,进而研究面向复杂曲率组合曲面上的喷枪轨迹的优化,全文主要由以下几个部分组成:(1)基于曲面曲率特性和曲面网格CAD模型,结合喷涂精度要求,设计出曲面分片造型与不同曲率曲面区域提取方法,并建立大曲率曲面数学模型;最后为便于喷涂应用,将大曲率曲面再次造型为单个面积较大的规则二次曲面片或者它们的任意组合,以便于喷涂应用。(2)在喷涂机器人喷涂应用中,喷涂效果及涂层质量与被喷涂件自身的外形特征、喷枪结构,涂料特性和喷涂环境等因素息息相关。涂料累积速率建模分析是提高喷涂轨迹优化算法性能与控制的关键。因此,为研究喷枪模型建立的相关问题。首先对与喷枪建模相关的关键因素进行分析,并对几种常见喷枪模型进行简要讨论;然后给出了喷涂平面片时典型的二维喷枪模型及其应用;最后基于平面二维喷枪模型,利用面积放大定律推导出了更接近实际的、并考虑涂料流量的大曲率圆弧喷枪新模型,并将其应用于大曲率柱面片上圆弧喷枪轨迹的优化,最后通过仿真实验验证了该模型的有效性。(3)为获得复杂曲率曲面上最佳的涂层均匀性和涂料利用率,对曲率组合曲面进行分类讨论。首先分析了分片造型后的单个小曲率曲面片,以及单个大曲率曲面片上的喷枪轨迹规划与优化问题;然后对小曲率曲面片与小曲率曲面片、小曲率曲面片与大曲率曲面片,以及大曲率曲面片与大曲率曲面片相交区域的喷枪轨迹进行了优化求解;接着针对一种由不同曲率曲面片组合成的大曲率圆弧犄角区域进行喷涂轨迹规划与优化研究,建立了适用于该型面的倾斜喷涂圆弧喷枪新模型,并用实验验证该模型的有效性与倾斜喷涂方案的可行性;最后,为了使整体喷涂效率达到最优,基于改进的粒子群算法,对曲率组合曲面上各面片的喷枪轨迹组合连接问题进行了优化求解,仿真实验验证了算法针对该类问题具有良好的全局搜索能力与收敛性,提高了喷涂效率。