为了提高作业效率，一些机器人公司推出了离线仿真软件，譬如ABB机器人有RobotStudio，KUKA机器人有KUKA．Office Lite离线仿真软件等。这些软件通常运行于PC机上，在编程环境中的仿真结果可以直接下载到机器人控制器中，完成机器人的作业任务。

1）离线编程实施的主要过程

（1）明确作业任务和作业环境。除了机器人搬运、码垛等较为简单的操作外，对于机器人焊接、喷涂、加工等作业，需要先确定作业的工艺要求，再结合现场涉及的所有外围设备的空间布局，详细描述机器人作业的具体步骤以及实施每一步的具体要求，包括机器人位姿要求以及相关的工艺参数，并确定机器人作业的时序图，如图7-2所示。

时序图又称序列图或循序图，它通过描述对象之间发送消息的时间顺序显示多个对象之间的动态协作。它可以用来表示与机器人作业相关的所有设备运行的时序；它包括所有操作的生命周期，以及每一操作在其生命周期中与其他操作的时序关系；启动一个设备运行时，对应一个触发事件，产生触发信号，启动相关设备运行；某一个设备运行至某一时刻，也可能产生触发信号，以便控制相关设备运行以及关闭。

（2）构建出机器人、外围设备以及作业环境的3D实体模型。利用机器人的运动参数和几何参数构建机器人3D实体模型，该模型能够用于模拟机器人的真实运动，同时也能对机器人外围设备构建3D实体模型；通过设立世界坐标系、机器人基坐标系、工具坐标系、工作台坐标系（用户坐标系）、工件坐标系，把机器人以及外围设备联系起来，构建包括机器人、外围设备以及作业对象（工件）的3D环境。

图7-2　时序图

（3）构建机器人运动模型。利用几何学、运动学、动力学的知识建立机器人的3D运动模型，可以模拟机器人在作业环境中的运动。

（4）利用3D环境规划机器人的路径和运动轨迹。依据作业任务和3D作业环境，完成机器人运动轨迹规划；并利用3D模型检查关节运动是否超限、机器人的运动是否出现干涉，从而确定避障路径等。

（5）误差评估及修正。可以对工件定位误差、机器人位姿和姿态误差等进行评估，并提出修正策略。

（6）能进行传感器接口连接和仿真，生成离线程序代码。利用传感器仿真模型提供的输入、输出信息和机器人作业时序图，检验机器人的整个作业流程能否满足作业要求，并生成程序代码。

（7）能借助通信接口与机器人及外围设备实现连接。通过离线编程器自带的相关通信接口，实现离线程序代码与机器人控制器以及外围设备控制器的通信。

（8）离线仿真程序移植。为用户提供人机界面，并利用相关接口将仿真程序移植到机器人的控制器以及外围设备的控制器上。

（9）机器人作业任务运行检验。运行仿真程序，检验机器人的运动是否与既定的运动规划相符，机器人及外围设备的时序动作是否与作业要求相符。(www.daowen.com)

以ABB的RobotStudio为例，说明离线编程的主要过程：RobotStudio使用图形化编程、编辑和调试机器人系统来创建机器人的运行，并模拟优化现有的机器人程序，其编程界面如图7-3所示。RobotStudio的优势在于仿真，但根据几何模型生成轨迹能力弱，而且只支持ABB机器人。

图7-3　RobotStudio软件界面

2）RobotStudio的主要功能

（1）CAD导入。可导入各种主流CAD格式的数据，包括IGES、STEP、VRML、VDAFS、ACIS及CATIA等。开发人员可依据这些精确的数据编制精度更高的机器人程序，从而提高产品质量。

（2）AutoPath功能。该功能利用零件的CAD模型自动生成跟踪加工曲线所需要的机器人位置（路径）。

（3）程序编辑器。可生成机器人控制程序，使用户能够在Windows环境中离线开发或维护机器人程序，可缩短编程时间、优化程序结构。

（4）路径优化。如果程序包含接近奇异点的机器人动作，RobotStudio可自动检测出来并发出报警，从而防止机器人在实际运行中发生这种现象。RobotStudio的仿真监视器是一种用于机器人运动优化的可视工具，红色线条显示可改进之处，以使机器人按照最有效方式运行。可以对TCP速度、加速度、奇异点或轴线等进行优化，以缩短周期时间。

（5）可达性分析。通过Autoreach可自动进行可达性分析，使用便捷，用户可通过该功能任意移动机器人或工件，直至所有位置均可到达，在短时间内便可完成工作单元平面布置验证和优化。

（6）虚拟示教台。虚拟示教台是实物示教平台的图形显示，其核心技术是VirtualRobot。所有可以在实际示教台上进行的示教工作都可以在虚拟示教台（Quick TeachTM）上完成，因而便于教学和培训。

（7）事件表。提供一种用于验证程序结构与逻辑的功能。程序执行期间，可通过该工具直接观察工作单元的I／O状态。可将I／O连接到仿真事件，实现工位内机器人及所有设备的仿真。

（8）碰撞检测。碰撞检测功能可避免机器人与外围设备发生碰撞造成严重损失。选定检测对象后，RobotStudio可自动监测并显示程序执行时这些对象是否会发生碰撞。

（9）VBA功能。可采用VBA改进和扩充RobotStudio功能，根据用户具体需要开发功能强大的外接插件、宏，或定制用户界面。

（10）程序上传和下载功能。机器人控制程序无须任何转换便可直接下载到实际机器人系统，该功能得益于ABB独有的VirtualRobot技术。