本文以北京某大型装备制造公司面临的产品喷涂工艺转型升级为背景,展开了针对大型搪玻璃反应釜内表面自动喷涂设备的一系列研究工作,包括深入企业一线生产调研,针对大颗粒喷涂粒子的平面、曲面和相贯线区域喷涂模型分析;喷枪移动轨迹规划,设计喷涂实验并验证了理论推导结论的可靠性。本文从喷涂粒子的沉积模型入手,分别建立了平面喷涂模型和曲面喷涂模型,并分析影响喷涂效果的关键性因素。根据以上理论基础设计了自动喷涂设备的最优运动轨迹,建立以涂料用量最省、喷涂时间最短和喷涂路径最短为目标的多目标规划函数,并通过最短路算法进行了求解。最后,通过一系列实验验证了以上理论模型建立的准确性和轨迹规划的有效性。本文的创新之处是结合喷涂模型和轨迹优化模型,规划出机器人的喷涂路径,改善反应釜内表面的整体喷涂效果。主要工作及相关研究成果介绍如下:1.经过在该企业的实地调研,详细掌握了该公司生产的主要反应釜类型尺寸和反应釜制造工艺流程。了解该企业生产中面临的实际困难及采取自动喷涂设备代替人工喷涂作业的详细需求,探究在人工喷涂搪玻璃反应釜的过程中易出现的缺陷及喷涂失败的原因,为后续自动喷涂设备的喷涂实验平台的设计打下基础。2.运用双β模型构建大颗粒釉料的平面累积模型,代入具体喷枪型号可知该喷枪的最佳喷涂距离、最佳喷涂压力及最佳喷涂速度等相关参数。由于喷枪中的关键参量的复杂性决定喷涂效果的均匀性。因此,关键参量的单一性和喷涂效果的均匀性构成了一对不相容问题。运用可拓学理论中的扩展、增删及置换变换方法解决上述不相容问题。利用其它参数把关键参数置换,并减少最终喷涂理论模型中的关键参数个数,简化了在控制自动喷涂设备时需考虑的相关影响因素。由于实际作业环境为反应釜内表面,因此根据平面喷涂模型推导出在圆柱弧面及球面内表面时,曲面喷涂涂层厚度的累积模型及相贯线区域的涂层厚度累加模型,得到理论最佳喷涂距离、喷枪转角和最适合圆柱面的曲率等关键性参数。3.为了规划喷枪的最佳喷涂路径,采用多目标规划方法建立了目标函数和路径约束模型。拟通过Floyd最短路模型求解多目标规划函数。根据喷涂涂层厚度累加模型得到的理论参数,并将待喷涂反应釜的内表面划分为25个面片,通过将面片之间路径转化为无向图,分析得到25个面片中的重要面片作为可转换面片位置。通过迭代得到初始可行路径表,并生成最短路径初始解。结合喷涂实验平台的结构形式,从初始解中得到优化路径,利用反向追踪法追溯在反应釜内表面的实际喷涂路径。4.设计搭建了喷涂实验平台,通过计算喷枪的最佳理论喷涂压力,推知喷枪在喷涂过程中对支撑臂的反作用力,进而设计并校核实验平台的机械结构。通过扭矩平衡方程判断喷涂实验平台结构支撑件的尺寸和强度;由喷枪的移动速度决定电机的功率及运动方式,设计的喷涂实验平台可完成―前后、上下、左右‖六个方向的移动,可分别完成平面喷涂实验、曲面喷涂实验、不同圆柱曲率反应釜的喷涂实验、喷枪存在偏角时的涂层积累厚度及验证喷枪的最优行走路径的相关实验,根据以上实验的数据形成实验报告,分析相关数据验证论文中的理论推导结果的准确性及轨迹规划的可行性。