工业机器人是一种在程序控制下完成重复性工作的机械装置,由于其灵活性高、精度高,在各种工业生产活动中得到广泛应用。目前工业机器人的编程方式主要包括在线示教编程和离线示教编程,在线示教编程过程笨拙而繁琐,离线示教编程过程专业性要求高,建模工作量大、操作复杂。随着加工任务的日益复杂,特别是在当前个性化定制、柔性生产的发展形势下,目前的示教方式限制了工业机器人的编程和使用效率,难以满足工业生产的要求。当前工业机器人示教编程向着更加智能化,交互方式更加友好的方向发展,其中基于增强现实技术的工业机器人示教编程是目前各国内外学者以及工业机器人制造商研究的热点。本研究以6自由度工业机器人为研究对象,提出了工业机器人增强现实示教编程系统。该系统使用增强现实技术将虚拟工业机器人模型(以下简称虚拟机器人)叠加到真实工作场景中;利用位姿跟踪系统跟踪手持式示教器的位置和姿态,以手持式示教器的位置和姿态为输入,利用6自由度机器人正逆运动学模型计算出每个关节的转动角度,驱动虚拟机器人运动,使虚拟机器人末端执行器复现手持式示教器的位置和姿态,实现工业机器人的增强现实示教编程;利用Kinect物理深度相机获取当前真实物理环境的深度图像,在包含虚拟机器人模型的虚拟场景中添加虚拟相机模型,以获取虚拟机器人模型的深度图像,利用真实物理环境和虚拟环境的深度图像进行虚实碰撞检测,验证路径规划的可行性。论文的主要研究工作如下:(1)设计并搭建了工业机器人增强现实示教系统平台;使用ProE建立6自由度机器人模型并利用OpenSceneGraph加载显示,进行运动仿真;利用D-H方法对6自由度机器人正逆运动学问题求解,建立工业机器人运动学模型;利用ARToolkit SDK和OpenSceneGraph相结合搭建了增强现实系统,将虚拟的6自由度工业机器人模型叠加到真实场景当中显示,实现了虚实场景的融合。(2)研究设计了一种基于位姿跟踪系统的示教方式;在增强现实系统中结合位姿跟踪系统获取手持式示教器位姿数据,建立了手持式示教器和机器人末端执行器的位姿映射关系,将手持式示教器位姿数据作为输入,驱动虚拟工业机器人运动。(3)研究提出了一种基于深度图像的虚实碰撞检测算法;实现了在虚拟机器人示教过程中的虚实碰撞检测;在增强现实系统中添加Kinect深度相机和虚拟深度相机,两个深度相机分别获取真实环境和虚拟机器人模型的深度图像,利用两幅深度图像进行虚拟机器人模型与真实环境碰撞检测,优化工业机器人的路径。(4)对本文设计的工业机器人增强现实示教系统进行了相关实验分析,实验结果表明该系统能够实现基于增强现实的工业机器人示教编程,并且在示教过程中实时地进行虚实碰撞检测,优选出机器人最佳的工作路径,能够有效避免碰撞的发生。相比传统的离线示教,该系统具有更好的人机交互性和实时性,能够实现车间级编程。