本课题以“高档数控机床与基础制造装备”国家重大科技专项“15Kg喷涂机器人成套装备”项目为背景，研究开发喷涂机器人作业规划系统。　　本文深入分析研究了喷涂机器人作业规划系统的体系结构，根据实际需求将本系统分为喷涂建模、喷涂质量控制、喷涂路径规划、喷涂效果仿真与评估四个子系统。采用SolidWorks与OpenGL相结合的方式开发系统软件，不仅可以保证良好的三维显示效果，还可以灵活地在三维界面中绘制各种虚拟图形。　　本文采用数学模型与列表法相结合的方案建立了涂层累积速率简易模型。采用椭圆双β分布函数和高斯和分布函数对喷涂实验数据进行拟合，并在此基础上建立了喷涂基本表和喷涂路径表。该方案所建立的涂层累积速率模型具有较高的精度，且有助于提升喷涂路径参数优化和喷涂效果仿真时涂层累积厚度的计算效率。　　针对可变工艺参数情形，本文提出了适应不同工艺参数的涂层累积速率建模与喷涂路径参数优化方法。采用神经网络方法构建了喷涂工艺参数与涂层累积速率之间的关系，在喷涂作业规划时无需再次进行喷涂实验就能预测出不同喷涂工艺参数条件下的涂层累积速率模型。并以涂层累积厚度、涂层均匀性、喷涂时间为优化目标，采用复合形法求解喷涂路径参数优化问题，得到最优的喷涂路径速度、行程间距、喷涂遍数等喷涂路径参数。　　本文将包围盒方法与交互式喷涂路径规划方法相结合，使用户既可以方便快捷地规划出喷涂路径，又可以交互式地修改喷涂路径。本方案首先根据喷涂表面信息生成包围盒;并根据优化得到的喷涂路径参数生成特征线;然后由特征线生成截平面截取喷涂表面，最终生成喷涂路径和喷涂机器人程序。规划过程中，用户可以交互式地对包围盒、特征框、特征线、喷涂路径进行灵活调整。　　本文提出了基于八叉树搜索的喷涂效果实时仿真与评估方法。采用动态刷新窗口技术，将三维空间按照八叉树结构进行划分，在此基础上快速搜索出喷枪当前的喷涂区域，并计算喷涂过程中该区域喷涂表面的膜厚分布情况，从而大大提高了喷涂效果仿真与评估的实时性;设计了三角网格片的分解算法，可根据仿真与评估精度要求设置细分精度参数，从而保证了喷涂效果仿真与评估的精度。　　最后，本文完成了喷涂机器入作业规划系统的软件开发，该软件系统具有喷涂建模、喷涂质量控制、喷涂路径规划、喷涂效果仿真与评估等功能。此外，本文针对典型喷涂作业案例，实现了汽车表面喷涂作业的离线路径规划与仿真，验证了本系统的有效性与实用性。