由于焊接环境不断变化和焊接任务日益复杂,传统的在线示教已经不能满足生产的需要,以离线编程为基础的机器人柔性自动化系统的开发,代表了机器人系统新的研究方向。智能化和可视化正成为离线编程系统的发展趋势,为了研制出可视化和智能化的焊接机器人离线编程系统,本文针对离线编程与图形仿真的支撑技术进行了研究。本文提出了一种基于PC的交互式三维可视化离线编程和动态仿真系统。利用目前流行的PC机和Windows操作系统所支持的Open Inventor三维图形功能,在系统中实现了六自由度的焊接机器人、焊枪及其工件的三维几何建模和机器人组织关系模型的建立。实现了几何投影法机器人逆运动学的求解,并建立了系统中用到的三种坐标的转换关系,从而为焊接机器人离线编程系统打下理论基础。在分析机器人语言的特点和系统构成的基础上,本系统开发了ZSK焊接机器人语言,并搭建了具有编辑、调试功能的程序编辑器和进行程序转换的机器人语言解释系统。系统采用交互式三维图形示教方式实现了简单焊缝的路径规划和程序编制,对于空间复杂焊缝,则通过基于模型几何信息提取的矢量区域求交法实现机器人焊接轨迹及姿态的自动规划和编程。为了实现系统集成和功能的需要,建立了基于CAD的模型转换和模型放置接口,并实现了同底层控制器通讯的功能。基于VC平台进行了离线编程系统的整体开发工作,在系统实现中,采用数据库方式很好地解决了系统内部数据传递及其管理工作。基于层次AABB包围盒树算法实现了虚拟场景的碰撞检测,并对机器人运动轨迹规划方式进行了研究。通过图形化三维动态仿真和实时的状态监测实现了对机器人程序及运动轨迹的可靠性和安全性验证。针对工业机器人焊接应用,进行了离线编程实验。实验结果表明:当焊接工件可以用模型精确表示时,本离线编程与图形仿真系统可以灵活、快捷、高质地进行离线编程。通过向底层控制器下载程序,可以实现机器人的运动控制,验证了本离线编程系统进行机器人控制的可行性。