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本书基于 ABB 公司的 RobotStudio 软件，以"1+X”工业机器人应用编程职业技能中级证书考核标准为依据，介绍创建机器人工作站、创建仿真工作站动态效果、机器人汉字书写工作站离线编程与真机验证、机器人装配工作站仿真及 VR 验证、机器人打磨工作站仿真等内容。编写过程中，针对学生在学习中经常遇到但又比较难理解的内容，如运动学奇点、欧拉角与四元数等，书中也进行了详细讲解，为学生提供了实现对机器人更深层次理解的通道。本书可作为职业院校机电一体化、电气自动化、工业机器人技术应用等专业的学生用书。

绪论———工业机器人离线编程与虚拟仿真概述 ·····················································.1
项目 1 创建机器人工作站 ··············································································.5
任务 1.1 RobotStudio 功能介绍及界面认知···················································.5
任务 1.2 机器人属性设置及虚拟控制器的创建·············································.11
任务 1.3 周边设备的创建与导入·······························································.21
任务 1.4 工具的创建 ··············································································.34
任务 1.5 机械装置的创建 ········································································.39
项目 2 创建仿真工作站动态效果 ·····································································48
任务 2.1 机器人标准 I/O 板及信号的配置 ···················································.48
任务 2.2 使用事件管理器创建气缸伸缩动作················································.53
任务 2.3 使用 Smart 组件创建主盘工具的开合动作 ·······································.59
任务 2.4 使用 Smart 组件控制工具拾取和放置 ·············································.62
任务 2.5 使用 Smart 组件控制夹爪开合动作 ················································.71
任务 2.6 使用 Smart 组件控制物料取放 ······················································.76
任务 2.7 使用 Smart 组件实现旋转供料 ······················································.86
任务 2.8 使用 Smart 组件实现井式上料 ······················································.90
任务 2.9 使用 Smart 组件实现输送带传送物料 ·············································.99
任务 2.10 使用 Smart 组件实现预置多个物料自由下落·································.101
任务 2.11 使用 Smart 组件实现关节成品装配·············································.109
任务 2.12 工作站逻辑的设置及仿真信号控制 ··············································115
项目 3 机器人汉字书写工作站离线编程及真机验证··········································.121
任务 3.1 工具数据和工件坐标的创建·······················································.121
任务 3.2 自动测载荷程序的应用·····························································.127
任务 3.3 机器人运行轨迹的自动生成·······················································.134
任务 3.4 机器人运行轨迹的优化·····························································.141
任务 3.5 仿真设定和仿真后续处理··························································.148
任务 3.6 离线程序的真机验证································································.154
任务 3.7 运动学奇点 ············································································.165
V
ABB 工业机器人虚拟仿真与离线编程
项目 4 机器人装配工作站仿真及 VR 验证 ······················································.170
任务 4.1 关节成品装配程序的编写··························································.170
任务 4.2 基于 VR 的工作站仿真验证 ·······················································.180
任务 4.3 基于 OPC UA 的西门子 PLC 与 RobotStudio 软件联合仿真···············.183
项目 5 机器人打磨工作站仿真 ·····································································.197
任务 5.1 机器人打磨工作站的创建与调试·················································.197
任务 5.2 欧拉角与四元数 ······································································.202
附录 Smart 组件属性说明···········································································.206

前言
工业机器人是智能制造业中最具代表性的装备，是推动工业数字化、网络
化、智能化发展的重要因素。目前我国工业机器人行业人才缺口巨大，已经成
为制造业转型升级的重要制约要素。尽管机器人产业技术人才的培养受到中职、
高职、本科等各层次院校的重视，但在人才培养方面所做出的成绩仍不能与产
业需求相匹配。
随着社会对产品质量、生产效率的要求不断提高，工业机器人所承担任务
的复杂程度不断增加，因此机器人编程的方式、效率和质量越来越重要。降低
编程的难度和工作量，提高编程效率，实现编程的自适应性，从而提高生产效
率，是机器人编程技术发展的终极追求。随着仿真技术的不断发展，工业机器
人的编程方式也在不断变革。离线编程可以在不消耗任何实际生产资源的情况
下对实际生产过程进行动态模拟，并且具有减少机器人的停机时间、可预知设
计缺陷、适用范围广、可轻松完成复杂任务编程、便于实现程序和节拍优化等
一系列优点，成为工业机器人编程的主流方式。
本书基于 ABB 公司的 RobotStudio 2021 软件，以工业机器人的装配、打磨
等典型工作应用为驱动，介绍机器人仿真工作站的创建、动态效果的制作、离线
程序的编写、真机验证操作、虚拟现实及基于 OPC UA 的联合仿真等内容。
本书具有如下主要特色：
（1）以装配、打磨等典型工业机器人应用项目为驱动，对照《工业机器人
应用编程职业技能等级标准》，覆盖“1+X”工业机器人应用编程职业技能等级
中级证书考核内容，将技能点融于项目中，实现了书证融通。
（2）依托 RobotStudio 2021 软件，将虚拟现实、基于 OPC UA 的联合仿
真等新技术和方法融于项目中，帮助读者熟悉工业机器人技术的新发展。
（3）以工业机器人工作站的虚拟仿真及离线编程的技能训练为主线，基
III
ABB 工业机器人虚拟仿真与离线编程
于“有用、适用、够用”的原则将理论知识点融于项目中。
（4）实现了传统教材与信息技术的融合，采用“纸质教材+数字课程”的
形式，突出立体化教学资源的优势，读者通过扫描二维码即可观看动画、视频、
习题等数字资源，突破了传统课堂教学的时空限制。
本书由深圳职业技术大学赵伟、王文斌，江苏汇博机器人技术股份有限公司
王振华任主编，深圳职业技术大学宋振东、北京赛育达科教有限责任公司王志
强、上海 ABB 工程有限公司叶晖任副主编。本书适合作为职业院校机电一体化、
电气自动化、工业机器人技术应用等专业的学生用书，也可作为“1+X”工业机
器人应用编程职业技能中级证书配套教材，还适用于技术人员学习及企业内部
培训等。
本书在编写过程中得到了鲍丹阳、马金平、王浩、文双全、钟森明等技术人
员的帮助，得到了北京赛育达科教有限责任公司、江苏汇博机器人技术股份有限
公司、上海 ABB 工程有限公司等组织的大力支持，在此一并表示感谢。由于编
者水平有限，书中不足之处在所难免，欢迎广大读者提出宝贵的意见和建议。
本书编写组
2023 年 1 月

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