传统的喷涂机器人主要采用“示教-再现”的工作方式，这种方式存在诸多缺陷，例如喷涂效果依赖于示教人员的经验、需要长时间停产示教、有毒示教环境损害示教人员健康等等，严重制约着喷涂制造业生产效率的进一步提高。为克服上述喷涂机器人应用中的瓶颈问题，本文以国家重大科技专项项目《15kg喷涂机器人成套装备》(2010ZX04008-041)为依托，针对面向复杂空间曲面的喷涂机器人离线轨迹规划问题展开了系统深入的研究，并开发了相应的离线轨迹规划仿真软件，以提高喷涂机器人的作业效率和喷涂效果。　　针对喷涂过程建模问题，通过深入研究喷枪的喷涂过程，详细分析了影响涂层累积分布的相关因素，由此确立了喷涂建模中的五个合理性假设。在此基础上引入了一种基于高斯和描述的涂层厚度累积模型以统一处理不同的涂层累积分布状况，从而有效地解决了涂层中心凹陷、不对称等情况的喷涂建模问题。　　针对复杂自由曲面的喷涂问题，本文采用了基于“分而治之”思想的分层轨迹规划方法，分别针对工件的几何特征和拓扑结构，应用改进的双背离角分片算法和投影分片算法，将复杂曲面分割成若干简单子曲面以简化问题的求解，有效地解决了曲率多变、包含孔洞等复杂曲面的优化喷涂问题，提高了整体算法的适应性。　　在分层轨迹规划方法的指导下，通过对分割后的喷涂曲面几何特征的分析，提出了最长边参考轨迹规划方法，结合对行程间距和喷涂速度的多目标优化建模，有效地解决了单个曲面的优化轨迹生成问题。在此基础上，本文还进一步引入了基于可变行程和可变速度的动态轨迹规划方法以改善喷涂效果。　　在上述研究的基础上，本文采用面向对象的软件开发方法，基于VC/MFC开发套件和OpenGL显示技术，设计开发了三维可视化的喷涂机器人离线轨迹规划系统仿真软件，验证了本文所提出方法的有效性和可行性。