工业机器人成为现代工业制造系统中不可或缺的一环。伴随机器人技术的不断进步和发展,机器人的虚拟仿真技术也因此得到广泛的关注。机器人虚拟仿真是将计算机图形显示技术和机器人学的相关理论相结合,在计算机的虚拟环境中绘制机器人的三维模型,通过机器人模型的运动仿真进行正逆运动学、轨迹规划、奇异位姿处理、多个机器人协作等功能的实验验证。本课题以5kg不锐协作机器人作为研究对象,通过Qt结合Coin3D图形库完成该机器人的虚拟仿真系统。首先,在改进D-H参数法的基础上建立机器人的运动学模型,得到正逆向运动学的表达式。在正解的基础上,针对不直观和不能直接进行插补的问题,提出姿态的另外两种表示方法,利用欧拉角展示姿态,通过四元数进行姿态插补计算。推导研究机器人的雅可比矩阵。其次,针对关节空间轨迹规划问题,分析研究三次多项式和五次多项式插值。面对局部不可控的问题,提出B样条曲线插值的轨迹规划方法,同时进行五次B样条曲线控制顶点反算的推导过程,在Matlab对相应的算法进行实验验证。在五次B样条曲线规划的基础上,进行时间最优轨迹优化研究。针对轨迹规划的结果,在忽略摩檫力影响的基础上,进行拉格朗日动力学方程的研究推导,计算各个关节的输出力矩,提出通过关节计算力矩与设定阈值比较来判定碰撞是否发生的方法,并在判定碰撞发生后采用强停响应策略来处理。最后,针对虚拟仿真系统的功能需求,构建系统的总体设计方案,将系统划分为各个功能模块。通过Solid Works完成机器人三维模型的创建,在Qt与Coin3D结合的窗体中加载与显示虚拟三维模型。对人机交互界面的设计和按键动能进行描述。对整个虚拟仿真系统进行运动仿真和示教编程功能的实验测试。