本文针对大曲率曲面机器人垂直喷涂时的涂层均匀度差和喷涂效率低问题,分别从变倾角静态喷涂涂层厚度模型建立.复杂自由曲面喷涂轨迹路径规划以及连续变倾角外犄角喷涂轨迹优化方法等角度对问题进行了系统的研究。本文的主要内容如下:提出了垂直喷涂喷枪数学模型的建立,讨论了现有几种垂直喷涂涂层累积速率模型,建立了曲面上的喷检模型,并用最小二乘法对涂层进行β分布方程拟合,以此建立圆弧面上的涂层生长速率模型,建立了一种变倾角喷涂喷枪数学模型,将涂层模型运用微分几何放大原理修正垂直喷涂涂层厚度模型参数,从而得到变倾角静态涂层厚度模型。研究了复杂自由曲面喷涂轨迹路径生成方法问题,对小曲率自然曲面按照有利于每个面片上均匀度的轨迹规划方法进行分片造型,规划分片后每个面片上的喷涂轨迹,最后整合自然曲面上的喷枪轨迹。对复杂自由曲面采用三角网格划分的方法,以每个三角面片的法向量为约束条件进行拓扑连接,采用边界盒子法规划面片喷检运动轨迹,并对组合曲面交界线犄角处喷检轨迹优化。最后在连续变倾角外犄角喷涂轨迹优化方法中,采用了一种连续变倾角变量喷涂技术规划喷涂轨迹,基于不同倾角涂层生长速率,分别建立连续变倾角和恒定倾角喷涂区域的涂层厚度模型,并通过建立的变倾角喷涂过程中的涂层分布模型优化了影响涂层均匀度的轨迹参数,最后通过仿真实验验证了本文所提方法的有效性和可行性。