工业机器人以其效率高、稳定可靠、重复精度好等优势得到了广泛应用。现代制造业的发展对机器人的智能性和灵活性提出了更高要求。在焊接、涂胶、切割、3C、光伏和新能源领域,有许多应用的需求是以小批量、多品种、短周期为特点,在机器人使用过程中传统的示教编程难以高效且准确的生成机械臂运动指令,而无示教器编程的演示示教技术应运而生。演示示教不仅可以灵活快速生成机械臂作业轨迹,并且不需操作者逐点示教,从而大大加快机械臂在作业环境中的示教编程效率。本论文将开展工业机器人的轨迹演示示教系统研究。首先,综合分析各种空间定位技术的优势与不足,确定基于红外激光定位和光学动捕两套技术方案作为机器人作业路径的采集模块。基于红外激光定位原理给出路径点的坐标计算方法和定位误差分析。基于笔形示教器设计机器人标定方法,选定60-90 Hz的频率在1 mm误差以内采集操作者的演示路径。其次,根据机器人平稳运行且速度均匀可控的要求,开发位姿轨迹规划生成模块。从滤波后的位置轨迹中提取特征点拟合非均匀有理B样条（NURBS）曲线,进行速度规划和等时插值。基于演示过程中系统记录的姿态点拟合四元数样条曲线,生成与位置样条相对应的等时插值点,通过机械臂逆解求解器得到位置和姿态样条曲线对应的各个关节运动控制指令。再次,为了提高本系统对复杂作业环境的适应性,开发面向一定约束环境下的演示示教编程。在有限约束的自由空间,基于深度视觉三维重构建立机械臂作业环境的碰撞检测模型。提出了一种人工势场（APF）-快速扩展随机树（RRT）融合算法,使得系统能够在关节空间内搜索返回一条能量最优的无碰撞路径,以实现受约束环境下的机械臂轨迹演示编程。最后,进行系统搭建和实验验证,对应用在本系统的两种光学定位方案使用UR5机器人测试其位姿跟踪性能,并进一步搭建了演示编程示教的验证平台,设计了面向平面规则路径和空间复杂零件的轨迹演示编程示教实验并与拖动示教作对比,从示教效率和复现精度两方面对本系统进行性能评估。