民用航空市场的迅速、持续增长给航空制造业带来巨大机遇的同时也提出了挑战。喷涂是航空制造中的一道重要工序,然而目前飞机大部件的喷涂仍然以人工操作为主。人工喷涂具有许多弊端,已经不能满足当今航空制造业的高效率、高质量的要求。将机器人技术引入到航空制造的喷涂工艺线是现代喷涂技术发展的必然趋势。喷涂机器人虽然早已诞生,并且在某些产品的喷涂线上已有了较为普遍的应用,但这些机器人多为串联机器人,存在精度低、刚度差、结构笨重、不利于防爆等缺点。并联机构学的兴起让人们重新审视机器人可能的结构,各种并联乃至混联的机器人应运而生。本文的目的即在于设计一种新型的适合飞机大部件的喷涂机器人,并重点对其运动学和动力学进行分析。全文主要包括四部分研究内容:1)喷涂机器人的设计。以经典的串联机械臂为基础,利用平行四杆机构的运动特性,巧妙地引入3个互相耦合的平行四杆机构,综合出一种新型的混联机器人。进行尺寸优化设计时,考虑机构的传动性能,定义灵活工作空间,并以灵活工作空间包容任务空间作为约束条件优化机器人的臂长和安装尺寸。2)运动学分析方面,将这种混联的喷涂机器人等效成一个串联的模型,采用D-H法分析静电旋杯的位姿和驱动变量的关系。在此基础上,用Monte Carlo法表达其三维的灵活工作空间。3)本文还将分析涂料的沉积模型,制定工艺参数,规划静电旋杯的运动轨迹,获得实际喷涂过程中机器人各轴的实时驱动规律。4)动力学分析方面,推导喷涂机器人的拉格朗日法动力学方程,分析机器人按照预定轨迹喷涂过程中各轴的驱动力/力矩随时间的变化。本文综合出的混联喷涂机器人改变了动力元件的布局,使电机远离了末端的静电旋杯,从而提高了机器人的安全性。本文在运动学分析、轨迹规划、动力学分析等方面的研究为后续该型喷涂机器人的工业应用奠定了基础。