喷涂机器人是一种重要的自动化涂装生产设备,在国内外被广泛应用于产品表面的涂装作业。喷涂机器人的喷涂效果与工件外形特征和喷涂工艺参数等诸多因素有关,而决定喷涂效果好坏的关键是喷涂轨迹规划。在喷涂机器人轨迹规划中,在线示教法因编程简单仍是目前大多数机器人普遍采用的轨迹规划方式,但在线示教法也有明显的缺点,如编程占用作业时间、难以规划复杂的运动轨迹和喷涂效果取决于工人的技术水平等。针对在线示教法存在的诸多缺陷,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。本课题针对喷涂机器人离线编程中的喷枪建模、喷涂路径规划及轨迹参数优化等关键技术问题进行研究,研究的主要内容如下:(1)针对工业生产中工件表面复杂多样的特点,现有的喷涂模型难以适应工件边界形状变化对喷涂效果的影响,考虑到多变量喷枪建模的需要,提出一种能够快速精确预测涂膜厚度分布的建模方法。该方法以喷涂高度、喷幅宽度和喷涂倾角为可控参数,能够根据工件表面形状变化精确地反映涂膜厚度分布状态。实验结果表明,该喷枪数学模型建模方法可行有效,建立的喷枪数学模型与实际喷涂图样较吻合。(2)针对喷涂路径规划时忽略曲面边界影响因素,产生的过喷涂和喷枪空行程问题,提出两种喷涂路径规划方法:一种是考虑自由面片曲率特征的分片路径规划,该方法主要是基于几何拓扑原理对自由曲面分片造型,利用包容盒子法对每个面片进行路径规划,并通过路径连接算法生成喷枪运动的空间路径;另一种是考虑喷涂面片边界因素的偏置路径规划,该方法主要是通过分析喷涂路径到面片边界的距离对涂料利用率的影响规律,优化得到相邻路径间距的许用范围,采用平面分割法对面片进行切片处理,并利用偏置算法获取喷涂路径。实验结果表明,这两种方法均可以获得良好的效果。(3)针对用垂直喷涂技术喷涂犄角曲面时存在的涂料浪费及涂层厚度不均匀等问题,提出一种基于变倾角技术的喷涂轨迹优化方法。该方法主要是通过建立曲面上喷涂的变倾角喷枪模型,并在生成喷涂路径的基础上,以工件表面上的涂层厚度与理想涂层厚度方差最小建立喷涂轨迹优化模型,对相邻轨迹的间距、喷涂速率、喷涂高度、喷涂倾角等喷涂工艺参数进行优化。最后,以平面和组合犄角面片为喷涂对象进行喷涂仿真实验研究,并对喷涂结果进行了分析和讨论。