喷涂机器人是一种广泛应用于产品表面涂装作业的自动化涂装生产设备。在喷涂机器人轨迹规划中,在线示教法因编程占用作业时间和喷涂效果取决于工人的技术水平等缺陷,所以围绕喷涂机器人离线编程法的研究逐渐成为国内外学者研究的热点。机器人离线编程方法中,精确的路径规划和轨迹参数优化需要描述准确的涂膜厚度分布模型。本课题针对空气喷枪变位姿喷涂成膜特性、变位姿喷涂数值模拟、变位姿喷涂预测模型的建立等关键问题进行研究。研究的主要内容如下:总结了工业机器人喷涂成膜数值模拟研究、喷涂轨迹规划研究、喷涂工艺参数研究的发展现状。研究了外混式空气喷枪的基本结构和工作原理,基于空气雾化机理分析空气喷枪的雾化成膜过程以及选择合适的计算模型。基于计算流体力学对变位姿喷涂成膜过程进行建模和仿真计算,通过数值模拟研究获得的雾场和涂膜的分布情况。首先建立变位姿喷涂数值模拟计算所需的计算域,并进行前处理工作。其次采用欧拉-欧拉法建立数值模拟计算模型,并设定边界条件、初始条件和控制参数,模拟变位姿喷涂的成膜过程。控制喷涂高度和喷涂倾角基于正交试验法做多组变位姿喷涂数值模拟,分析了不同喷涂高度和喷涂倾角下的雾场分布和涂膜分布规律。喷涂倾角对倾角方向上的涂膜均匀度影响较大,导致涂膜出现飞溅、凹坑和凸起的现象。喷涂高度对涂膜厚度和涂膜边缘处的涂膜均匀度影响较大,涂膜边缘处的涂膜扩散较明显。分析了喷涂高度和喷涂倾角同时影响下,能够获得较好涂膜质量的喷涂高度和喷涂倾角的可调范围。同时搭建工业机器人喷涂实验平台对空气喷枪变位姿喷涂的成膜情况进行喷涂试验,验证数值模拟方法的可行性。针对喷涂复杂工件表面时,现有喷涂模型难以获得良好喷涂效果的问题,提出一种变位姿喷涂涂膜厚度分布预测模型的建模方法。首先分析影响涂膜质量的因素,基于高斯和模型建立变倾角涂膜厚度分布模型,引入喷涂倾角和喷涂高度作为可控变量。然后结合多组变位姿喷涂数值模拟结果和喷涂实验获得的涂膜厚度数据点拟合得到模型中的待识别参数,使用非线性曲面拟合的方法获得待识别参数与喷涂高度和喷涂倾角的预测函数表达式,结合喷涂模型建立变位姿喷涂涂膜厚度分布预测模型。最后对比通过喷涂实验,抛物线变倾角模型和变位姿喷涂预测模型得到的截面处涂膜厚度分布曲线,验证预测模型可行性。