随着《中国制造2025》与工业4.0的提出,以工业机器人为代表的智能制造装备得到了飞速发展。对于工业机械臂而言,轨迹规划研究为其精准稳定的工作提供了重要的保障。本文主要研究了机器人的轨迹规划方法,并搭建了机器人虚拟环境,实现了对机器人虚拟示教和虚拟控制,为虚实结合数字生产线的研究提供了思路。本文首先介绍了机器人的位姿表示方法,采用改进的D-H法建立了MH5F型机器人模型,并分析了六自由度机器人正向运动学和逆向运动学,并对机器人工作空间进行了仿真分析。其次,针对传统规划算法存在的缺陷,使用了一种基于不同频率的正弦函数与余弦函数组合的规划方法。通过与抛物线、多项式等规划方法对比,发现本方法具有较小的速度与加速度,有益于降低减小机器人受到的冲击、降低磨损。然后,分析了当前已有算法在三维空间下路径规划的缺点,利用融合了人工势场思想的蚁群算法,阐述了改进后算法的优势,利用该算法对机器人末端执行器在其工作空间内进行了避障路径规划,并利用实际机器人实验平台对仿真结果进行了实验,分析了不同路径对机器人轨迹的影响。最后,针对当前机器人监控技术的不足,设计了一种基于虚拟现实技术的机器人监控系统。搭建了虚拟环境,开发了上位机软件与示教器,实现了对机器人的虚拟示教功能。同时,使用TCP/IP协议完成了机器人本体与上位机的数据通讯,实现了利用虚拟机器人对机器人本体的远程控制与状态监测的功能。经过测试发现,该系统满足实时监控的需要。