随着教育机器人在教育教学实践中的推广和普及，面向教育的虚拟机器人研究受到的关注也越来越多，然而目前对虚拟教育机器人的研究多集中在图形化编程和物理仿真阶段，忽略了机器人仿真的第一步机器人拼装过程，使虚拟机器人的研究停留在程序控制上，缺少对虚拟交互中操作流程的研究。少有的一些仿真软件缺乏真实感和交互性，且扩展性差，操作模式固定，限制了开发创新，不利于教学实践的创新设计。本文正是针对上述问题，将虚拟装配引入机器人拼装，把虚拟装配中的建模与路径规划技术作为主要的研究对象进行了详细的研究。本文主要研究内容如下：本文首先探讨了虚拟装配环境中零件模型应具备的信息，研究如何构建零件模型，将机器人模型看作一个完整的装配体，改进了面向交互的层次装配模型，使得机器人模型数据操作管理与零部件间装配关系层次清晰分明。并对虚拟环境中的零部件定位技术进行了重点研究，采用四元数表述零部件位姿旋转，提出一种基于位姿平面的快速位姿捕捉算法，辅助用户在虚拟环境中快速进行位姿变换。然后在深入分析机器人拼装中零件间装配关系的基础上，结合拼装过程中存在的四种装配约束关系对装配约束技术原理进行了详细的讨论和研究，提出了一种基于层次约束识别以实现装配引导下零部件精确定位的算法。探索了装配路径规划中碰撞检测的问题，采用由初步检测、中间检测、精确检测组成的三级碰撞检测，并依次将检测映射到层次模型的零件层、特征面层、几何体层，实现了实时、快速、精确的碰撞检测。本文在开发BDS虚拟机器人系统过程中，采用本文提出的2个算法以及研究内容实现了其拼装子系统，并以巡线机器人为例，详细描述其拼装过程，通过与LEGO Digital Designer和中鸣教育机器人平台做比较，对BDS虚拟机器人系统进行性能分析，通过测试和分析表明：本文研究的技术应用在虚拟机器人的拼装中使系统真实感强，可操作性高，充分证明本文提出的虚拟装配建模和路径规划技术的可行性和有效性。