将机器人引入大型船舶喷涂作业是目前船舶制造业发展的必然趋势。现有的机器人应用主要以人工示教的方式进行,而人工示教方式存在着对大型工件示教操作难度大、效果差等缺点,限制了机器人在大型船舶喷涂任务中的应用。一种有效的解决方式是采用离线编程进行喷涂机器人轨迹规划,然而目前已有的离线编程系统大多只适用于中小型简单喷涂场景,面向大型复杂场景的轨迹规划能力较弱,无法解决大面积、变曲率的大型船舶外立面喷涂问题。有鉴于此,本文针对大型船舶外立面喷涂作业离线编程方法展开研究,构建了一套面向大型船舶外立面的喷涂机器人离线编程与仿真系统,实现了对复杂船舶表面的喷涂轨迹规划。具体研究内容如下:针对大型船舶喷涂场景的导入及处理问题,引入半边（Half-Edge）结构表示船舶网格模型的拓扑信息。首先在半边结构的基础上提出了一种快速拓扑重建算法,该算法在STL文件读取过程中,通过哈希表去除冗余顶点,同时为每个顶点建立入射半边表完成半边合并,从而实现大数据量条件下三角网格拓扑快速重构;然后基于半边结构对船舶外立面一些重要几何特征进行提取。通过半边结构快速高效的邻域查询能力解决大场景处理困难问题,同时为后续轨迹规划奠定基础。针对大型复杂船舶外立面的喷涂轨迹规划问题,基于对船舶喷涂详细的需求分析提出了一种面向大型复杂船舶外立面的分段喷涂解决方案。首先基于船舶外立面的喷涂工艺特点进行区域初分割;然后针对其几何形状特点,提出了基于二面角的半边扩展生长算法进行区域再分割,通过两次区域分割将复杂船舶外立面分割为若干面积较小、喷涂工艺一致且几何形状简单的子区域;最后对具有不同特征的子区域使用不同的轨迹生成算法:接近平面的区域采用切片轨迹生成算法,曲率稍大的部位采用基于基准曲线的轨迹生成法;针对轨迹生成中的截平面与待喷涂曲面的求交问题,提出了基于半边拓扑结构的交点求解算法,加快了交线生成的速度。最后本文在课题组现有研究成果的基础上,完成了面向大型船舶外立面的喷涂机器人离线编程与仿真软件系统的设计与实现。除了喷涂轨迹规划子系统外,还包括对喷涂机器人进行正运动学建模、逆运动学求解的运动学计算子系统,基于机器人编程语言国家标准设计的中间语言子系统,完成中间语言和目标机器人语言之间的转换的程序转换子系统。以此系统为实验平台,对本文提出的分段喷涂解决方案以及轨迹规划相关算法进行了相应的仿真与实验,验证了本文方法的有效性与实用性。