喷漆工艺是工业生产中很重要的一个环节。随着国内工业化水平的迅猛发展，自动化喷漆设备的需求越来越大。喷涂机器人正是应这一需求产生的。本文设计了一种五自由度喷涂机器人，并对以下方面展开了研究。分析技术要求，从工作空间入手，把五自由度喷涂机器人设计转化为实现特定轨迹的平面三连杆机构设计，建立了无偏置连杆模型，大大降低了设计难度。应用参数法求解连杆的长度，并分析了连杆长度和连杆夹角的关系，由此建立了偏置连杆模型，根据实际设计参数确定了五自由度喷涂机器人的最终原理图。根据机构原理，设计了喷涂机器人三维模型，并对其中的关键零件进行受力分析，优化其结构，采用了调隙机构提高了齿轮传动精度，对于手腕巧妙设计了差动机构，使得整体结构更加合理紧凑。然后对三维模型进行了质心分析，得出了运动过程中加速度变化最大的区域，为运动控制提供了有效参考。对五自由度喷涂机器人建立笛卡尔空间坐标系，采用D-H方法根据连杆参数和关节变量得出了机器人运动方程。进一分析了机器人的运动学反解，采用反变换法通过机器人末端位姿参数求解各关节变量。然后为了更好的分析机器人的运动学，采用微分变换法求解了机器人的雅可比矩阵。设计了双目测量机器人末端重复定位精度的方法。实验结果表明所设计的喷涂机器人满足设计精度要求。