4. 离线仿真软件环境搭建
离线仿真环境搭建是机器人工作站数字化验证的第一道工程关口。环境搭得是否规范，直接决定后续轨迹规划、碰撞检测和节拍统计结果是否可信。本节围绕五个关键动作展开：选平台、建项目、定坐标系、设单位与精度、导模型。它们不是彼此独立的操作，而是一条相互约束的配置链——坐标系定义错了，节拍再准也是错的；单位不统一，导入的模型尺寸可能差出上千倍。
一、主流仿真平台选型
选型不是比谁功能多，而是看它能否覆盖你的验证目标。工程上常用的平台大致分三类：
- 机器人厂商自带平台：如 ABB RobotStudio、KUKA.Sim、FANUC ROBOGUIDE、Yaskawa MotoSim。优势是控制器内核真实、离线程序可直接下发，节拍与真实控制器一致性高；劣势是通常只支持自家机器人，多品牌混线时受限。
- 通用制造仿真平台：如 Process Simulate、DELMIA、Visual Components。优势是支持多品牌机器人、整线物流与人体工程学，适合大型焊装/总装线；劣势是授权成本高、学习曲线陡。
- 轻量级/开源平台：如 RoboDK、Gazebo、CoppeliaSim。优势是部署快、脚本接口开放，适合算法验证与教学；劣势是控制器行为与真实机器人存在偏差，节拍结果需谨慎对待。
选型判断可归纳为三个问题：机器人品牌是否单一、是否需要真实控制器节拍、是否需要整线物流仿真。若三者答案分别是“单一、需要、不需要”，厂商自带平台通常是最优解；若涉及多品牌混线，则应优先考虑通用平台。
二、项目创建与工程结构
项目创建阶段要建立清晰的目录结构，避免后期模型、程序、报告混在一起。推荐按以下方式组织：
Workstation_Project/
├── 01_Layout/ # 布局与工位模型
├── 02_Robots/ # 机器人本体与控制器配置
├── 03_Tools/ # 焊枪、夹具、吸盘等末端工具
├── 04_Programs/ # 离线程序与路径
├── 05_Signals/ # IO 信号与 PLC 交互
└── 06_Reports/ # 节拍报告与碰撞报告
创建项目时需同步设定项目基准坐标系和默认单位，这两项一旦确定，后续所有导入模型和路径点都以此为参照，中途修改会导致已有数据整体偏移。
三、坐标系定义
离线仿真中至少涉及四层坐标系，必须逐层定义清楚：
- 世界坐标系（World）：整个工作站的绝对基准，通常取车间地面某一点，Z 轴竖直向上。
- 工位/工件坐标系（Workobject/Base）：以夹具或工件定位点为原点，机器人路径通常在此坐标系下示教，便于工件更换后整体平移。
- 工具坐标系（TCP）：以焊枪末端、吸盘中心等实际作业点为原点，决定机器人“以哪里去接触工件”。
- 机器人基坐标系（Base）：机器人安装法兰或底座原点，用于确定机器人在工作站中的安装位置。
定义顺序建议为：世界坐标系 → 机器人基坐标系 → 工位坐标系 → 工具坐标系。工具坐标系必须通过四点法或六点法标定，不能凭模型目测，否则 TCP 偏差会直接放大到轨迹末端。
四、单位与精度设置
单位不统一是模型导入后“尺寸爆炸”或“缩成一点”的常见原因。工程上建议统一采用毫米（mm）作为长度单位、度（deg）作为角度单位、秒（s）作为时间单位。若上游 CAD 使用米或英寸，导入前必须确认转换系数：1 m = 1000 mm，1 in = 25.4 mm。
精度设置需与验证目标匹配。位置精度设为 0.01 mm 足以覆盖绝大多数焊接与装配场景；角度精度 0.01° 可满足姿态判断；节拍统计精度建议 0.01 s，避免因四舍五入掩盖节拍瓶颈。精度设得过高会显著增加计算量，设得过低则可能漏掉微小碰撞。
五、模型导入规范
模型导入是环境搭建中最容易出问题的环节。推荐遵循以下规范：
- 格式选择：优先使用 STEP（.stp/.step）或 JT，它们保留几何精度且跨平台兼容性好；避免直接使用 STL，因为三角面片化会丢失曲面信息，影响碰撞检测精度。
- 模型简化：导入前删除螺栓、垫片、铭牌等非干涉相关细节，减少面片数量。一个工位模型控制在 50 万面以内，可保证仿真流畅。
- 原点对齐：模型原点应与其在现实中的定位基准一致。夹具模型原点取定位销中心，机器人模型原点取底座安装面中心。
- 命名规范：按“设备类型_编号_版本”命名，如“Fixture_A01_v2”“Robot_IRB6700_v1”，便于在仿真树中快速定位。
- 导入后校验：导入后立即测量模型关键尺寸（如夹具定位面间距），与图纸比对，确认无缩放错误。
完成以上五步后，建议做一次环境自检：在仿真中手动移动机器人到工位坐标系下的几个关键点，观察 TCP 是否与预期位置一致；运行一次空循环，检查节拍统计是否正常输出。自检通过，才说明环境具备开展后续轨迹规划与节拍验证的条件。