现如今对机器人的研究进行的如火如荼,并取得了很大进展,研究成果也广泛应用与大众领域。机械臂是一种比较成熟的机器人,其集合了计算机、电子信息、控制程等多领域知识,更是作为人工智能学习最好的载体,现已广泛应用到了高校的日常实验教学中。但是由于机械臂设备成本较高,大多数高校会受到设备数量限制,并且设备使用频率高导致损坏率高,高校实验室建设成本高,同时完全虚拟化实验的应用场景及开发环境不够真实。为了能够让机械臂更好的应用于高校教学实验中,不受设备等因素影响,本文采用半虚拟化仿真的方法,将对实体机械臂的操作换成对虚拟模型的控制,并设计虚拟接口版作为机械臂控制中间件,控制指令由接口板传递到仿真系统中,同时采用机器视觉技术,获取当前现实场景并通过仿真模型设计,将现实场景转为仿真背景使用,并且由机器视觉对目标物体进行检测,得到目标物的位置坐标传输给仿真控制程序,进而控制虚拟机械臂运动。经过实验验证,本设计中的虚拟机械臂在接收到目标物体位置信息后,可成功运动到仿真环境中目标物体处。由此可得出本课题的研究对于高校应用机械臂到教学实验中有非常大的价值。本论文主要研究内容如下:（1）对机械臂运动学建模进行分析,研究其正运动学模型以及逆运动学模型和笛卡尔空间轨迹规划,不仅可通过传递各个关节转动角度控制机械臂运动到目标位置,还可通过传递机械臂顶端的预期位置信息,逆向规划所有关节在时间上的转动轨迹点,最终达到预期位置。（2）通过URDF文件对虚拟机械臂进行模型创建,并描述机械臂惯性特性等物理性质。采用当前国际主流的机器人控制系统ROS系统控制机械臂,使用ROS中的Move It软件包配置机械臂运动规划所需的所有设置。为能够更好的控制仿真机械臂,设计Move It控制器用来管理自定义创建的机械臂关节运动文件,可控制启动所有机械臂关节。本文采用Gazebo仿真软件展示虚拟机械臂的控制响应,为实现虚拟机械臂转动控制与仿真展示的交互,设计了基于ROS的控制架构,可实现ROS与Gazebo的实时通讯。通过Move It软件包进行运动规划后,可在Gazebo仿真软件中展示虚拟机械臂的运动。（3）为实现半虚拟化机械臂控制,设计虚拟接口卡,该虚拟接口卡有双向作用,既可以用于向虚拟机械臂传递控制指令,又可将机械臂的运行状态传递给机械臂转动控制程序。在实际应用过程中,由运行在嵌入式设备中程序发送的关节运动命令经过虚拟接口卡转换,可变成GPIO引脚脉冲量信号,通过接口传递给仿真平台,控制虚拟机械臂运动。（4）为实现现实场景与虚拟仿真相结合,为仿真设计添加机器视觉功能。创建仿真模型文件,将摄像机拍摄的现实场景图片经过处理导入到仿真平台作为虚拟机械臂运动的仿真背景。采取Faster R-CNN算法进行目标物体视觉识别,使用张氏标定法以获得相机内参数及畸变参数,并使用手眼标定,取得目标物体在相机坐标中位置信息和机器人坐标中位置信息的转变关联,最后使虚拟机械臂获取正确目标位姿,并规划运动。通过实验检测现实中各种水果位置,并将目标的位置信息传递到转动控制程序中,经过路径规划,仿真软件中机械臂成功转动到了仿真背景中目标水果的位置。