将虚拟现实技术应用于机器人领域是极具发展潜力和应用前景的研究方向之一。虽然已有的机器人仿真和离线编程工具一定程度上满足了机器人工作的需求，但是还存在着一些显著的缺点。跟传统的机器人仿真与离线编程系统相比较，计算机图形接口和交互式的三维虚拟环境大大提高了离线编程的效率，从而虚拟现实可以为机器人仿真与离线编程提供更好的解决方案。将虚拟现实技术应用于机器人离线编程与仿真环境，不仅为机器人离线编程系统提供了友好的高级人机交互接口，更为工业机器人的离线编程提供了一个直观而高效的虚拟环境。 本文在国家“863计划”基金支持下，对基于虚拟现实人机交互的机器人离线编程系统进行了研究。 真实感虚拟环境是进行基于虚拟现实的机器人离线编程与仿真的基础，本文针对这一问题，研究了面向机器人工作单元的真实感虚拟环境生成的方法。首先，在自主开发的机器人几何建模系统RGMS中构造机器人及其工作单元环境的3D几何模型；然后以虚拟现实软件WTK为核心建立虚拟仿真环境的场景图并在其中进行渲染；最后借助于立体显示设备和头部随动系统生成了一个具有视觉临场感的机器人工作单元虚拟仿真环境。 为了解决传统机器人仿真与离线编程系统中，在操作者与仿真的机器人运动间没有三维交互的问题，提高基于VR的机器人离线编程与仿真系统中人机交互的效率和自然性，本文研究了六自由度输入设备在机器人运动路径交互式生成中的应用。提出了将六自由度输入设备FASTRAK跟踪系统用于定位机器人TCP的原理和解决方案，推导了其求解过程，并讨论了机器人运动路径交互式生成的方法。结果表明，用六自由度输入设备代替键盘和鼠标用于机器人工具中心点的定位，交互过程直观、自然、高效。 为了以数据手套代替鼠标作为交互输入的设备，研究了基于数据手套的人机交互操作的实现。提出了一种场合相关的基于模板匹配的手势识别算法。通过特征值提取、数据手套校准、计算校准后的输出值、输出值标准化等一系列过程得到当前手势的二进制表示，根据定义的手势集合，进行模板匹配实现手势识别，识别出的手势根据给定的(场合，手势，动作)对执行相应的动作，实现与系统的交互操作。以数据手套代替鼠标作为交互输入的设备，向虚拟环境发送交互命令来对虚拟机器人进行离线编程，交互过程直观、自然，符合人在自然环境中的表达方式。 碰撞检测是基于虚拟现实的机器人离线编程与仿真系统的关键技术，其效果的好坏直接影响整个应用的真实感和精确性，针对这一问题，研究了虚拟机器人工作单元环境中的碰撞检测。提出一种基于场景图数据结构的层次化逐步求精的碰撞检测算法。通过分析机器人工作单元虚拟环境的层次化结构组成，得到用于碰撞检测的场景图层次结构，整个碰撞检测系统的体系结构由四个碰撞检测管理器组成。通过层层过滤的方法提高了算法的速度，满足了虚拟交互环境中快速精确碰撞检测的需要。