工業機器人在現代制造系統中起著極其重要的作用。隨著機器人技術的不斷發展，機器人的三維仿真技術也隨之得到廣泛關注。通過預先對機器人及其工作環境乃至生產過程進行模擬仿真，將機器人的運動方式以動畫的方式顯示出來，直觀的顯示機器人及整個生產線的運動情況，能夠有效地輔助設計人員進行機器人虛擬示教、機器人工作站布局、機器人工作姿態優化。
（1）啟帆工業機器人系統介紹
啟帆工業機器人系統主要由機器人本體、機器人控制器和機器人控制軟件三部分組成，如圖1所示。機器人控制系統是先通過示教器來操作運動控制器，運動控制器則通過EtherCAT通信向伺服驅動器發出指令來控制機器人六個軸分別運動，庫卡機器人何服電機維修，實現機器人的運動控制。
STS-R6-ECAT控制器由廣州啟帆開發，借助德國3S公司的RTE實時內核實現虛擬PLC功能。該控制器具有接口緊湊，KUKA機器人維修，通用性高等特性，并采用EtherCAT通訊接口實現控制器、IO模塊以及伺服驅動的數據通訊。
圖1啟帆工業機器人系統
機器人控制軟件（如圖2）是由廣州啟帆獨立開發，主要包括機器人手動、自動控制、機器人應用程序開發、機器人三維仿真運動等功能。其中機器人三維仿真功能是該控制系統的獨到亮點，可實現先仿真后運行；通過機器人三維仿真能夠比較直觀的觀察機器人狀態和行走路徑，有效的避免了機器人運動限位、碰撞和運動軌跡中奇異點的出現。通過將機器人仿真程序直接集成到控制器中，保證了仿真結果與機器人實際的運行情況完全真實可靠。
圖2啟帆機器人控制軟件
（2）機器人三維仿真技術
機器人仿真系統作為機器人研究和開發中安全可靠、靈活方便的工具，發揮著越來越重要的作用。在仿真環境下，通過對機器人運動進行研究及編程驗證，可以實現機器人軌跡規劃、奇異位姿、逆運動學有效解、避障算法、甚至多機器協調作業等復雜功能。
若采用傳統示教器操作機器人，當機器人改變工作任務時，通常需中斷機器人的當前工作，先對機器人進行示教編程，然后機器人按照新的程序執行新的工作。而啟帆公司開發的新型示教器，借助于機器人仿真系統就可首先在仿真系統上進行離線編程，并通過仿真環境驗證程序是否正確。最后將編好的程序裝到機器人執行器中，機器人便可按照新的程序執行新的工作，因此機器人可不必中斷當前的工作，從而提高了生產效率，而且這種方法既經濟又安全。
圖3中的三維仿真是小屏模式，可以實現邊編程邊仿真功能，能夠避免不必要的錯誤。三維仿真圖中上側顯示各軸位置信息，坐標下方顯示完整軌跡運行周期。軸位置信息根據坐標系不同而不同，關節坐標時顯示關節信息，庫卡機器人何服電機維修，基坐標及其他坐標顯示空間位置。
圖3機器人三維仿真小屏模式
如圖4所示為三維仿真全屏模式，圖中機器人正按照程序進行自動仿真運行（虛軸），同時還可以清晰的看到機器人末端運行軌跡。其中虛軸即為仿真模式，實軸為機器人實際運行模式，該模式下實體機器人進行作業，與此同時仿真機器人進行精準同步運動；實虛軸切換通過圖中右側的虛軸實軸按鈕進行切換。
圖4機器人三維仿真全屏模式
（3）運行實例
為了保證機器人正常作業，首先采用虛軸模式（如圖5）試運行觀察機器人行走軌跡，并判斷機器人運動是否會出現正負限位或者速度限制等報警信息；確認程序無誤后，在確保使能斷開的情況下切換到實軸模式（如圖6）進行實體機器人運行。
圖5運行實例虛軸模式
圖6運行實例實軸模式
（4）定制案例
啟帆機器人控制軟件中的仿真系統可以根據用戶需求進行定制，如在仿真系統中為機器人末端法蘭盤加裝用戶指定的工具并導入相應要加工的工件，甚至整個生產線等。下圖是為某高校定制的啟帆機器人仿真系統實驗平臺。
（a）啟帆機器人仿真系統實驗平臺小屏模式
（b）啟帆機器人仿真系統實驗平臺全屏模式（前）
（c）啟帆機器人仿真系統實驗平臺全屏模式（后）