工业机器人控制器在研发、测试和培训层面上分别遭遇着各自的痛点。在功能研发初期,背负物理本体的开发模式费时耗力。要想在研发过程早期就安全地控制好物理本体,有较大难度。在测试方面,目前的测试方法是“控制器+特定物理本体”整机测试方案。若仅想对三大零部件之一的控制器作单独测试,反而会因本体差异、机械磨损和测试环境变化等,导致测试标准不统一。在培训教育方面,配备大量实体机器人的培训场地建设费用高昂。而且在培训人员零基础的情况下直接进行真机培训,也增加了设备因误操作而损坏的风险。换而言之,目前工业机器人控制器在功能研发、新产品测试和教育培训层面上,都需要一批安全的、低成本的、具有“标准”动作行为响应的机器人使用对象。为了满足需求,本研究采用Ether CAT通信技术、三维图形仿真技术和在环半实物仿真技术,构建了一个针对串联机器人的控制器在环仿真实验平台——“数字机器人”系统,并做了关键技术研究及实验样机研发。主要包含了以下的研究内容:(1)提出了“数字机器人”系统方案。为增强本“硬件+软件”系统的广泛适用性,建立了导入新机器人对象和使用“数字机器人”系统的工作流程,降低解决方案的使用门槛。(2)开发了Ether CAT网络接口卡(Network Interface Card,NIC)。它是工控机(Industrial Personal Computer,IPC)与使用Ether CAT协议的控制器之间的物理连接。(3)依据机器人运动学和动力学经典理论,建立了适用于各种型号串联工业机器人的虚拟数字模型——“数字机器人”。虚拟数字模型以软件形式运行于安装了NIC的IPC上,受真实工业机器人控制指令激励,模拟真实工业机器人的“标准”动作行为,并实时反馈响应结果。(4)设计并实现了合理的辅助工具,可高效便捷地提供丰富测试用例。精心设计的激励轨迹可对实体机器人控制器的能力做针对性测试,而高效便捷生成出来的安全激励轨迹可做全方位的控制性能检验。本“数字机器人”系统可向控制器的测试提供统一测试台架,给样机功能研发提供安全的易控对象,为培训教育提供低成本、符合机器人理论行为的学习对象。