近年来,随着中国喷涂产业的不断发展壮大,传统的人工喷涂方式已经不能满足企业的生产需求,喷涂行业的生产技术有待提高,喷涂领域的企业也需要向喷涂自动化方向进行转型升级。特别地,对于体积大、质量重的大型工件而言,其喷涂生产过程存在着喷涂范围广、占地面积大和移动困难等问题,相比于其它常规工件,大型工件要实现自动化喷涂会更加困难。另外,由于技术原因和成本限制,国内的中小型企业难以建立起专用的自动喷涂生产线,普遍采用人工方式对大型工件进行喷涂作业,自动化程度低,需要耗费大量人力资源,喷涂产品质量不稳定,且生产环境恶劣,危害工人的身体健康。本文针对国内中小型企业普遍采用人工方式进行大型工件的喷涂作业,自动化程度低,产品质量难以保证这一问题,设计开发一套成本较低、更为通用的可拖动示教自动喷涂系统,实现大型工件的自动化喷涂,并对系统的核心组成部分,喷涂机器人运动控制系统,进行了设计开发,同时,提出了一种针对喷涂机器人的拖动示教数据优化方法,以减少机器人在自动喷涂过程中产生的冲击和振动。本文的主要研究工作如下:首先,针对大型工件的喷涂生产特点和需求,制定了自动喷涂系统的整体设计方案。提出了由两台拖动示教机器人和一辆移动架车组成的自动喷涂系统硬件布局,分析了自动喷涂系统的工作方式及移动架车的运动过程,对系统的喷涂示教工作流程和自动喷涂工作流程做出具体规划,设计了两台机器人之间的工作状态互查机制,实现了两台机器人在系统喷涂示教和自动喷涂过程中的工作状态同步。其次,针对喷涂机器人的人机交互、运动控制、拖动示教和轨迹再现等功能需求,设计开发了喷涂机器人运动控制系统。基于Ether CAT技术,搭建了机器人运动控制系统的硬件平台,并对系统的伺服电机、伺服驱动器和IO模块进行选型。采用Xenomai方案,对Linux系统进行实时性改造,搭建了Linux+Xenomai双核实时操作系统。基于双核实时操作系统的架构特点,设计了机器人运动控制系统的软件架构,并对系统软件的各个组成模块进行设计开发,包括Linux域程序的UI界面模块、指令处理模块、任务管理模块、功能接口模块,以及Xenomai域程序的跨域通信模块和运动控制模块,并在此基础上,实现了喷涂机器人的拖动示教和轨迹再现功能。然后,针对机器人在自动喷涂过程中容易产生冲击和振动这一问题,提出一种喷涂机器人拖动示教数据优化方法。通过建立喷涂机器人的运动学模型,求出机器人运动学正解和逆解。使用正运算将原始的拖动示教数据映射到笛卡尔空间中,并根据机器人的运动轨迹特征和喷枪开关状态变化,提取出一组特征数据。采用非均匀B样条和单位四元数,将所提取的特征数据作为型值点,构造出连续光滑的位置曲线和姿态曲线。对位姿曲线进行离散化,获得一组平滑的运动轨迹点,并对轨迹点进行逆运算,获得优化后的关节空间数据。为各优化数据生成对应的喷枪开关状态,并进一步生成新的示教文件,实现了对机器人运动轨迹的优化,同时保留了原始示教数据中的喷涂工艺信息。最后,针对本文的设计和研究,进行实验测试和实际应用。通过机器人示教再现实验,验证了所设计的喷涂机器人运动控制系统的可靠性。通过拖动示教数据优化实验,验证了所提出的喷涂机器人拖动示教数据优化方法的有效性。采用所设计的自动喷涂系统方案,根据企业要求,搭建出一套针对大型浴缸的自动喷涂系统,并投入车间进行喷涂生产,结果表明,该系统性能可靠,喷涂产品质量良好且品质稳定。