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在喷枪轨迹的优化中，对平面和规则表面喷涂轨迹的优化进行了一定程度的研究，并进行了实验验证。作为制造业中出现的一种自由曲面，规则曲面越来越受到汽车门和飞机机身等研究人员的关注。喷枪数学模型的建立和喷枪轨迹的优化是二手喷涂机器人离线编程的关键技术。国内外许多学者都研究过这个问题。在建立喷枪数学模型时，研究人员主要研究喷枪在平面上的数学模型，但很少有关于喷枪在规则表面和自由表面上的数学模型的建立。
喷枪的空间轨迹可以定义为喷枪通过的一组点。在设计中考虑了确定喷枪轨迹的可行方法，即指定所需的喷枪空间轨迹和喷射方向。该问题转化为如何沿着喷枪的指定轨迹找到较佳时间序列，从而可以优化喷枪在沿该轨迹的喷射操作期间限定的目标。因此，轨迹优化问题在每个时刻将变量的数量从六个一般轨迹优化问题（枪的位置和姿势）减少到一个，这降低了问题的复杂性。为了确保喷涂区域中涂层厚度的均匀性，有必要优化喷枪的速度V和轨迹间距Δ。对于刻划表面，通常沿扫描方向（U方向）规划所需的喷涂轨迹。为了便于分析，在平面上分析涂层的重叠。
针对大型复杂曲面，分析了复杂曲面的分割，喷枪的路径规划和路径规划方向，建立了复杂曲面分割后各喷枪轨迹的优化功能。讨论了两个表面界面处涂层厚度的均匀性，并在两个表面的喷枪轨迹平行于边界（PA-PA）时获得涂层厚度。均匀性是比较好的结论，但他们的讨论是基于平面划分的原则。该理论仅适用于曲率较小的表面。当遇到曲率较大的表面时，会有更多的碎片和涂层的均匀性差。研究了二手喷涂机器人关节空间的较优轨迹规划，并采用遗传算法求解该问题，但没有考虑喷枪在自由面上的轨迹优化问题。对于凹凸表面，利用微分几何面积放大定理推导出自由曲面上涂膜累积速率的二次函数，并通过轨迹优化方法补偿凹凸面涂层的厚度差异。仿真结果表明，该方法可以有效提高涂层的均匀性，但尚未达到较高的技术水平。