随着工业机器人市场规模的不断扩大,其应用领域也不断扩展。在焊接、激光切割以及喷涂等新兴的工业机器人应用领域,传统的机器人轨迹编程方式,例如示教器编程和人工拖拽示教,具有技术门槛高、编程效率低等缺点,不能满足此类行业小批量、短周期、款式种类多的加工特点,成为了工业机器人进一步应用推广的一道门槛。针对传统的工业机器人轨迹编程方式复杂低效的问题,本文对机器人演示编程(Robot programming by demonstration,RPD)研究领域进行了深入研究,设计并开发了一种基于球杆示教笔的机器人轨迹演示编程系统。通过设计的球杆示教笔和机器视觉算法,实现了高效的轨迹编程示教。系统基于机器人操作系统(Robot operating system,ROS)平台开发,并配有图形交互界面和手势交互界面,具有良好的可扩展性和用户友好性。根据示教任务需求,设计了一种结构简单、成本低廉的球杆示教笔,提出了基于机器视觉捕捉示教笔轨迹的示教方案。使用Kinect相机采集机器人工作空间的点云数据,设计算法从点云数据中提取示教笔的位姿信息。结合标定后的相机外参数,获得标记物在机器人基坐标系下的位姿信息,并通过ROS下的rviz工具实现编程轨迹的可视化。根据系统的工作流程,设计系统的控制策略以满足示教任务需求,通过对示教笔位姿的不断采样,获得示教轨迹上连续的轨迹点。通过多线程编程方法,将ROS节点封装在Qt界面进程的线程中,设计并开发系统图形界面。利用Move It功能包对轨迹进行规划,并驱动UR5机器人复现示教轨迹。为进一步提高系统交互的友好性,设计并开发了基于图像识别的手势识别交互模块。根据系统需求合理设计了7控制手势,并采集手势数据集。使用数据集对改进的Let Net-5网络进行训练,并利用训练后的网络模型开发系统的手势识别模块,实现手势交互功能。系统功能验证及性能评估实验。实验以UR机器人的CB3控制器提供的拖拽示教轨迹编程功能为参考,从编程效率和编程精度两方面对系统性能进行评估。