工业机器人示教任务越来越复杂化,导致示教工作任务繁重,对操作的要求却越来越简单,导致了应用与操作之间的矛盾非常突出。为此,该文研制了一套基于人拖动轻质无驱动机械臂的示教臂系统,该系统的6自由度串联机械臂,质量轻,由人拖动模拟工件加工轨迹,实现对工业机器人的示教过程,操作简单、快速、轻松,通用性好。首先,对示教臂本体的结构进行设计。在确定示教臂构型的基础上,由人机交互友好性来初步确定示教臂杆件参数,进而通过建立示教臂的正运动学模型,分析其工作空间,最终确定示教臂参数,并根据示教要求,选取了合适材料,完成了示教臂腰部回转、大臂小臂俯仰、手腕俯仰、手腕回转部件的结构设计,对臂的自平衡装置进行了初步设计。其次,通过运动学分析和仿真,研究示教臂对机器人的示教的方法。分析示教臂的实现工作原理,结合建立的示教臂的正运动学模型与机器人的逆运动学模型,实现工件运动和不动情况下的末端轨迹对应;分析逆运动学中多解的根本原因,提出以位形分析法实现示教-再现轨迹在关节空间下位置的对应,并对具体任务进行仿真验证。对于含有位姿奇异的轨迹,分析奇异位形,说明了该种轨迹的示教方法,减少轨迹规划的工作。针对含有奇异位姿轨迹的逆解在奇异点附近计算误差较大的问题,提出阈值判断交叉逆解算法,提高解对应的末端轨迹精度。再次,针对示教轨迹采集和处理的相关问题,进行了硬件的分析和软件的编写。实现了数据采集系统的硬件的设计与软件对数据的采集和简单处理,把编码器的绝对信号转换为对应关节角度。编写示教的交互软件,结合数据系统处理后的信息,实现了点位特征示教、连续示教、轨迹深度处理的程序编写和交互界面的布局。结合具体任务对示教轨迹的处理进行了仿真验证。最终,结合设计的示教臂本体、示教方法实现方法、采集和处理轨迹的软硬件的研究结果,搭建机器人示教臂系统实验平台,示教简单喷涂实验和复杂喷涂实验,运用示教方法和交互软件辅助实验,对喷涂的效果进行了评价,分析了喷涂薄厚不均的原因。从总体上看,机器人再现了示教臂的示教轨迹,满足实验要求,为机器人示教臂系统的进一步研究奠定基础。