2. 机器人系统建模与工具配置
在ROBOGUIDE中，碰撞检测与可达性分析的可信度，首先取决于工作单元几何模型与运动学定义是否准确。如果机器人本体、工具、工件或外围设备的尺寸、安装位置、坐标系定义存在偏差，后续的碰撞检测会出现漏报或误报，可达性分析也会得出错误结论。因此，本节围绕“导入或创建模型—设置工具坐标系—设置用户坐标系—建立运动学基础”这条主线，说明如何为后续分析建立可靠的几何与运动学基础。
一、机器人本体的导入与创建
ROBOGUIDE通常以工作单元（Workcell）为组织单位。新建工作单元时，软件会要求选择机器人型号、版本与变体（Variant）。例如选择FANUC M-10iD/12，其最大负载12 kg、可达半径约1441 mm，这些参数会直接影响后续可达性判断。选择型号后，ROBOGUIDE会从本地机器人库中加载对应的三维模型与运动学参数，包括各轴行程、连杆长度、关节类型（J1～J6均为旋转轴）以及默认的关节运动范围。
如果库中没有所需型号，可以通过“Robot Library”导入厂商提供的CAD模型，或使用ROBOGUIDE的建模工具创建简化本体。导入时需注意三点：一是模型单位必须与工作单元一致（通常为毫米），二是模型原点应位于机器人安装法兰底面中心，三是各轴模型应尽量按实际连杆关系分层，便于后续运动学绑定。若模型仅用于碰撞检测，可用包围盒或简化几何体替代复杂外壳，但必须保证外形包络不小于真实本体，避免漏检。
二、工具模型的导入与工具坐标系设置
工具是碰撞检测中最容易出问题的部分，因为工具往往形状复杂、伸出较长，且直接参与与工件、夹具的接触判断。在ROBOGUIDE中，工具模型通常以CAD格式（如STEP、IGES或软件自有格式）导入，导入后需要将其安装到机器人法兰上，并定义工具坐标系（Tool Frame，简称TCP）。
工具坐标系的原点即TCP，通常取在工具末端的工作点，例如焊枪的焊丝端点、吸盘的吸附面中心或夹爪的夹持中心。Z轴一般沿工具接近方向指向外侧，X轴和Y轴按右手定则确定。设置方法有两种：一是直接在工具模型上选取特征点并指定方向；二是输入相对于法兰坐标系的平移与旋转值。例如某焊枪TCP相对法兰的偏移为X=0、Y=0、Z=280 mm，绕Y轴旋转-45°，则可在工具定义中直接填入这些参数。
工具坐标系设置完成后，必须进行验证。常用方法是让机器人以不同姿态将TCP移动到同一个固定参考点，观察TCP位置是否一致。若偏差较大，说明工具模型安装位置或TCP参数有误。验证通过后，工具坐标系才可用于后续的碰撞检测与可达性分析。
三、工件与外围设备建模
工件与外围设备包括夹具、变位机、传送带、安全围栏、焊枪清理装置等。这些模型不一定需要高精度，但必须保证其空间占位与真实设备一致，尤其是与机器人运动范围可能发生干涉的区域。例如夹具的压紧臂、变位机的翻转台面、安全围栏的立柱位置，都应在模型中体现。
建模时建议按“设备—部件—特征”的层级组织，便于单独控制可见性和碰撞属性。对于不参与碰撞检测的装饰性细节，可以简化或隐藏，以减少计算量。对于需要参与碰撞检测的对象，应将其设置为“碰撞对”中的一方，并指定碰撞检测的精度等级。
四、用户坐标系设置
用户坐标系（User Frame）用于定义工件或工作台在空间中的位置，是编程和离线仿真中常用的参考基准。在ROBOGUIDE中，用户坐标系通常通过三点法或六点法建立：先选取原点，再选取X轴方向上一点，最后选取Y轴方向上一点，软件自动计算坐标系姿态。
例如某工件放置在工作台上，其原点位于工件左下角，X轴沿工件长边方向，Y轴沿短边方向，Z轴垂直向上。通过三点法建立用户坐标系后，后续的轨迹点、碰撞检测区域和可达性分析都可以基于该坐标系进行，避免因机器人基坐标系与工件坐标系不一致而带来的换算错误。
五、几何与运动学基础的检查
完成上述建模与坐标系设置后，应进行一次系统检查。检查内容包括：机器人本体模型是否与所选型号一致；工具模型是否安装到法兰且TCP参数正确；工件与外围设备是否放置在正确位置；用户坐标系是否与工件实际摆放一致；各轴运动范围是否与真实机器人一致。只有这些基础条件满足，后续的碰撞检测和可达性分析才具有参考价值。
六、常见问题与处理建议
在实际操作中，最常见的问题是工具模型导入后方向错误。这通常是因为CAD模型的原点与法兰坐标系不一致，解决方法是先在CAD软件中将工具模型调整到以法兰安装面中心为原点、Z轴指向工具外侧的姿态，再导入ROBOGUIDE。另一个常见问题是工件位置与用户坐标系不匹配，导致碰撞检测时机器人“撞到空气”或“穿过工件”。此时应重新用三点法建立用户坐标系，并确认工件模型没有被意外移动。
此外，如果机器人本体模型与真实机器人存在差异，例如缺少末端法兰或连杆长度不对，应优先从官方机器人库中重新加载，而不是手动修改模型尺寸。手动修改容易破坏运动学参数，导致后续分析结果不可信。
完成本节所述的建模与坐标系配置后，工作单元中的机器人、工具、工件和外围设备就具备了统一的几何与运动学基准。后续的碰撞检测将基于这些模型之间的空间关系进行判断，可达性分析也将基于工具坐标系和用户坐标系计算目标点是否在机器人工作范围内。因此，本节的工作质量直接决定了后续分析结果是否可信，值得在建模阶段投入足够的时间进行核对与验证。