随着制造业的自动化、智能化进程的加速,工业机器人已经得到了广泛的应用。为减轻喷涂工人的劳动强度、改善喷涂作业环境、加快喷涂作业效率、提高喷涂产品的质量,基于机器人的自动化喷涂作业已日益成为制造企业的首选。本文首先通过分析阀门喷涂的工艺流程、要求和规范,并为使喷涂机器人能够以任意姿态喷涂三维空间内的任意轨迹,本文提出了六转动关节串联喷涂机器人的构型;为适应狭小空间内的喷涂作业,且保持机器人手腕的足够灵活性,本文提出了喷涂机器人的斜交非球型手腕构型。通过分析喷涂机器人基本参数对工作空间影响,从而确定其基本参数,并基于Solidworks三维软件对喷涂机器人进行了虚拟样机建模。其次,通过对喷涂机器人相对于工件的布局,分析了工件坐标系处于确定的位置、工件坐标系有速度要求以及避免机器人与工件的干涉碰撞三种情况时喷涂机器人的布局问题。基于几何法求解了机器人的工作空间,通过Matlab数值优化方法求解了机器人大臂和小臂的杆长。并设计了当大臂和小臂总长一定时,基于蒙特卡洛法,对于大臂、小臂不同杆长的分配求出了对应的工作空间。基于反变换法对喷涂机器人斜交非球型手腕的逆运动学进行分析求解,得到斜交手腕三个关节转角的逆解。基于Adams的一般点驱动仿真功能,求解了喷涂机器人本体的前三个关节转角的逆解。基于弗莱纳-雪列(Frennet-Serret)矢量理论,本文进行了阀门工件喷涂作业的轨迹规划,选定以常用的空间直线和空间圆弧曲线作为末端喷涂轨迹进行了姿态规划;基于Adams的运动仿真和Matlab的数值求解的相互协同和验证,得到了合理的关节角逆解,优化了喷涂机器人的轨迹规划,同时也验证了本文提出的机器人逆运动学求解方法的正确性。最后,根据企业的实际情况,初步进行了工艺布局规划;对阀门自动喷涂工作站进行了设计。并提出了喷涂工序能力设计,推导出了生产线输送速度、喷枪移动速度与喷枪性能参数间的匹配关系,对实际的生产与规划具有一定的参考价值。