随着中国经济和社会不断发展,我国汽车市场从增量阶段过渡到存量阶段,汽车后市场总体产值和修补喷涂等细分领域的产值不断增加。在加快落实中国制造2025,推进实施制造强国战略的背景下,对于汽车修补喷涂领域,提高自动化水平,代替人工喷涂作业,保证安全环保、高效和高质量的要求,是未来汽车修补喷涂领域发展的必然趋势。本文针对某公司汽车修补喷涂的作业需求,研究并设计了一套汽车智能修补喷涂系统,以实现汽车修补喷涂自动化作业。主要研究和设计内容如下。首先,针对作业对象与环境,设计总体方案。总体结构方面,根据相关参数确定总体结构方案,设计了两轴式机械臂运动平台并进行有限元分析,同时分析并确定机械臂参数,以工作范围最大为目标,使用非线性优化方法确定臂长分布。车辆三维建模方面,采用倾斜摄影测量技术和三维建模方法建立车辆三维模型,为机械臂的轨迹规划做准备。车辆位姿标定方面,提出了基于线激光的位姿标定方法,并分析车辆三维模型坐标系转换为喷涂系统坐标系的求解算法,为喷涂作业做准备。其次,针对实际工艺要求,对涂层厚度及其均匀性进行分析。在分析各种喷涂模型的基础上选取椭圆双β分布模型,将喷涂速度引入模型,建立直线路径涂层厚度分布模型并分析喷涂速度对涂层厚度的影响。在椭圆双β分布模型的基础上,以涂层厚度方差最小为目标,分析长轴、短轴方向喷涂路径重叠距离对涂层厚度均匀性的影响,为实际喷涂工艺提供参考。最后,对目标点云文件压缩,提高轨迹规划效率;采用局部平面拟合与PCA估计法求解目标点法向量,并使用罗德里格旋转公式确定目标点姿态,为轨迹规划做准备。建立8轴机器人运动学正逆解模型,以运动平台最小移动次数为目标对运动平台运动规划并使用穷举法求解,以访问所有目标点的最短路径为目标对机械臂进行轨迹规划并采用遗传算法求解。