现阶段高质量要求的焊缝往往依然只能由熟练焊工进行手工焊接作业才能完成,熟练焊工的“运枪”手法是其中发挥作用的关键因素。设法采集熟练焊工在焊接中的基本运枪动作,并指导焊接机器人在焊接中按照同样动作进行运枪,是提高机器人焊接质量的有效方案,同时也是焊接机器人自主“运枪”发展的基础。本文针对这一背景和需求,设计开发了一种基于虚拟现实的机器人焊接遥示教系统(下文简称为“示教系统”)。虚拟现实技术有良好的沉浸式体验感,利用虚拟现实的人机交互可以有效学习记录焊工运枪动作并示教远端机器人。首先进行示教系统的总体设计规划,完成系统定义、需求分析和架构设计,将示教系统分为相对独立的虚拟现实操作端和焊接机器人执行端两部分,使用HTC VIVE虚拟现实硬件配合Unity3D引擎建立开发系统操作端,使用YASKAWA MH6机器人配合MOTOPLUS开发环境建立开发系统执行端。对系统的功能结构、软件架构进行了设计,对系统的主要功能模块进行了定义,选用以太网作为操作端和执行端之间通讯方式,使用TCP协议和UDP协议混用的形式设计了通讯方案。站在开放性、接口化、易于移植的设计角度,完成了示教系统的结构规划。进而依据系统结构规划进行具体功能的设计实现,进行了操作端软件场景搭建、用户操作界面设计,按照标准化、接口化的模式,设计了虚拟机器人的关节铰链重建方法、虚拟机器人仿真模块、手柄操作模块、分次示教模块、坐标转换模块等主要功能模块,还对模块中机器人运动学正逆解、位姿表示方法转换等算式、算法进行了具体的数学设计,并在在开发引擎中对上述方法、模块进行了具体实现,完成了操作端虚拟现实软件开发。并按照对执行端软件的设计规划,配合MOTOPLUS平台提供的接口开发了执行端机器人控制软件。示教系统使用手柄控制焊枪运动,动作跟随操控策略是指操控过程中焊枪动作与手柄动作之间的映射关系,好的操控策略能够带给使用者更直观、更灵活的操控体验和更可靠、更稳定的操控效果。本文设计并实现了“掌握型”“手势型”“类摇杆型”“推力型”四种操控策略,并对其进行了研究分析。结果表明,“手势型”操控策略最利于操作者利用躯干核心肌群发力运动,使操控的稳定性最好,对各种形式的轨迹都有良好的适应性,是综合优势最强、最适合示教系统的最优操控策略。最后对示教系统进行了功能和性能测试,并建立了系统运行中时间延迟和位置(角度)延迟与运行线(角)速度之间的关系模型。测试结果表明,示教系统的运行速度在40mm/s,40°/s的范围内,系统运行的时间延迟小于0.12s,实际轨迹误差小于0.06mm/0.1°,整体的运行性能完全满足焊接跟踪焊缝的同时“运枪”的需求,是可靠的焊接“运枪”示教系统。系统操作端性能高于执行端,执行端机器人控制系统开放性不足是影响执行端性能的主要原因。