七自由度冗余机械臂相对传统六自由度机械臂在避障、灵活性等方面具有更大的优势,逐步成为工业机器人领域研究的热点。其中示教系统作为机器人人机交互重要部分,是影响用户体验的关键一环。针对常见的机械臂示教系统存在示教困难、示教方式单一、易用性差、二次开发难等问题,本文以七自由度冗余机械臂为研究对象,设计一种功能丰富、易于使用、界面友好、集示教、仿真控制为一体的示教系统。本文主要的研究工作如下:首先,使用改进D-H参数法对七自由度冗余机械臂进行建模,建立机械臂各连杆坐标系,对正逆运动学进行分析和求解,采用MATLAB中的Robotics Toolbox对正逆解进行验证;为得到机器人的作业范围,使用蒙特卡罗法对机械臂的工作空间进行研究。其次,对机器人示教系统进行总体设计,并将其划分为虚拟仿真模块、示教交互模块、示教点处理模块和通信连接模块;基于示教系统的需求,对示教器硬件进行选型;使用QT对示教系统进行开发,通过信号和槽的机制实现对象间的通信,使用多线程技术完成系统调度。然后,对机器人示教系统进行开发。基于Open Scene Graph搭建机械臂模型,通过矩阵转换、场景管理,完成机械臂虚拟仿真;示教交互中,完成基础示教、拖动示教、机器人设置的具体功能和界面设计;示教点处理模块中,使用数据库对示教关键数据点进行管理和维护,并在示教再现的过程中,通过五次多项式插值的方法完成了对离散示教点的插补;通信连接模块中,使用基于TCP协议的Socket通信技术,完成示教系统和控制主机间的通信。最后,搭建实验平台,完成基础示教、拖动示教实验。实验结果表明,本文设计的示教系统完全满足七自由度冗余机械臂的示教工作。