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开源机器人编程与仿真平台
一个面向工业机器人的桌面编程与仿真工具。RoboWorld 将机器人建模、3D 场景编辑、轨迹规划、碰撞检查、程序回放和控制器代码生成集中在一个工作界面中，适合快速体验离线编程流程，也适合工程团队继续扩展。
打开应用即可看到 3D 视口、机器人与零件资源库、设备树、属性编辑器、路径代码预览和导出面板：载入 URDF，拖动关节检查姿态，编辑示教点，校验轨迹，再导出目标控制器程序。
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关键词：industrial robotics · offline programming · robot simulation · robotics digital twin · trajectory planning · motion planning · inverse kinematics · collision checking · multi-robot coordination · force control · CAD/CAM · PLC · URDF · Python · PySide6
RoboWorld 的主界面围绕一次完整的机器人编程工作流设计：
- 3D 视口：查看机器人、夹具、工件和工作站布局，拖动关节滑块检查姿态与可达性。
- 场景设备库与设备树：搜索并载入 URDF 模型，管理机器人、工具、输送带、料箱和托盘的装配关系。
- 属性编辑器：修改对象位姿、关节角、模型参数和挂载关系，夹爪可直接吸合到机器人法兰。
- 代码预览与路径示教：编辑路点和运动类型，录制、播放、停止轨迹，并在视口中同步显示路径。
- 导出打包：执行可达性、关节限位、碰撞与节拍检查，生成 UR、KUKA、ABB、FANUC 等控制器程序。
- 工作站演示：一键载入抓取工作站，体验 IK、夹爪 IO、工件跟随、轨迹回放和多品牌出码。
GUI 就是一个 main.py：加载任意 URDF，左侧「资源库」选设备，右侧标签页编辑属性、查看场景与代码。
- 左侧 资源库 列出
assets/models/下所有模型，支持搜索与品牌/负载/臂展筛选；点击条目即可载入。 - 中间是 OpenGL 视口：载入 UR5e 后可拖动关节、查看轨迹路径线与选中对象。
- 右侧 属性 标签显示选中对象的规格信息与六轴 关节滑块（限位随机型）；拖动即可实时运动。选中夹爪/工件等组件时，还可直接编辑其 位置（位姿 XYZ+RPY） 与 模型参数。
- 代码预览 标签：文本编辑器 + 录制（Record）/ 播放（Play）/ 停止（Stop）/ 清空（Clear）。
- 实时解析：每识别到一条
movej/movel，都会在 3D 视口中以轨迹点连线显示。 - 代码预览标签内含 路径示教 子页，管理示教点语义（接近/抓取/放置点）与工件绑定。
- 导出打包 标签：程序摘要（节拍、TCP 路径、轨迹点数），校验程序 (F7) 检查可达性 / 限位 / 干涉，回放 连续运行，停止 中断。
- 规划与校验走
service.planner（真实运动学 + 梯形 / S 曲线速度规划），而非模拟。
- 从
assets/models/jaka/zu5/zu5_real.urdf加载 JAKA Zu5，网格来自官方 STEP（工具链见tools/build_vendor_urdf.py，详见 docs/manual/VENDOR_CAD_SETUP.md）。 - 右侧关节限位按 Zu5 真机规格（
joint_2 -85..265°、joint_3 ±175°、joint_4 -85..265°），而非泛化的 ±360°。 - 这是标杆级接入；KUKA / ABB / FANUC / Estun 走同一条流水线——把 STEP 放入
assets/vendor/<brand>/step/再运行该工具即可。
- 文件 → 抓取工作站演示（一键）：构建标准抓取工作站（UR5e + 带 TCP 的真空夹爪 + 含 4 个零件的输送带 + 料箱 + 托盘），并自动载入一个 8 点五抓循环演示程序——校验、节拍（状态栏）与回放自动开始。
- 同一条管线的无头一键 showcase：
python examples/grasping_workstation_demo.py→ 模板场景 → IK 演示点 → 夹爪 IO → 节拍 → UR / KUKA / ABB / FANUC 代码，全部基于真实 API。
- 回放时示教的 PICK/PLACE 语义驱动夹爪：零件吸附到法兰、跟随 TCP，并在释放处留在托盘上。
- 在线演示（同数据，浏览器渲染）：见 deploy/web——由
tools/build_web_site.py构建。
- 导出打包 面板基于真实场景校验演示程序（5.4 s 节拍、638 个 TCP 轨迹点、8 段运动 + 5 条 IO 指令），并从同一份程序定义导出各品牌代码。
python examples/vision_pick_demo.py # 默认噪声
python examples/vision_pick_demo.py --noise 1.0 --code # 放大标定噪声 + 打印出码- TCP 标定：4 点法解出吸盘偏移（实测误差 1e-14 mm 量级），6 点法沿工具 +X/+Z 触碰补上方向（姿态误差 1e-14°）。
- 托盘坐标系 3 点法：落件点按托盘局部坐标算——托盘转了 15° 也自动跟着走，程序里的常数不再是"魔法数字"。
- 手眼标定（eye-to-hand，真实 UR5e 位形 + 腕部多向偏转）：0.15 mm / 0.03° 采集噪声下外参误差 0.67 mm，方程残差 0.415 mm。
- 视觉定位：工件检测像素经标定外参反投影到支承面 → 抓取位姿，闭环定位误差 0.63 mm；随后 IK → 程序 → 校验（0 错误）→ 品牌出码，代码头部自动带标定摘要。
- 标定集落盘为
examples/assets/grasping_workstation_calibration.json，可被 GUI / 程序直接加载复用。
| 品牌 | 控制器 | 后处理器 | 真机 CAD |
|---|---|---|---|
| Universal Robots | PolyScope 5 / 6 | ur_polyscope |
🔄 程序化模型 ur3e / ur5e / ur10e / ur16e，待 STEP |
| JAKA | Zu App | jaka_zu |
✅ Zu3 / Zu5 / Zu7 / Zu12 / Zu18 / Zu20 / Zu30（厂商 STEP → 网格） |
| KUKA | KRC4 | kuka_krc4 |
🔄 流水线就绪，待 STEP |
| ABB | IRC5 | abb_irc5 |
🔄 流水线就绪，待 STEP |
| FANUC | R-30iB | fanuc_r30ib |
🔄 流水线就绪，待 STEP |
| Estun | ER | estun_er |
🔄 流水线就绪，待 STEP |
| 汇川 | InoTeach | huichuan_inoteach |
🔄 仅后处理器 |
新增一个品牌 < 30 分钟：把 STEP 放入
assets/vendor/<brand>/step/，运行tools/build_vendor_urdf.py --brand <brand>，再写一个 Jinja2 模板。详见 docs/manual/post_dev_guide.md。
- 源码运行：从 GitHub 仓库 下载 ZIP，或执行：
git clone https://github.com/cModules/RoboWorld.git
cd RoboWorld- 桌面安装包：从 Releases 下载与你的系统匹配的安装包；当前发布页若暂无安装包，请使用源码方式运行。
conda create -y -n robotworld python=3.11
conda activate robotworld也可使用任意 virtualenv——支持 Python 3.9 ~ 3.12。
pip install -e ".[gui]"该命令一次性安装核心依赖（numpy / scipy / jinja2 / pyyaml / pydantic）与 GUI（PySide6 / PyOpenGL），并以可编辑方式安装 RoboWorld 的各分层包（domain / service / adapter / app / support）。无需编译 C++——纯 Python 运动学回退已随包发布，并由 1846 个测试守护。
若位于较慢的 PyPI 镜像后：
pip config set global.index-url https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simplepython main.py assets/models/ur/ur5e/ur5e.urdf- macOS / Windows 有桌面：直接弹窗。
- 无桌面 Linux（如 CI / 沙箱）：用
Xvfb :99 -screen 0 1600x1000x24起虚拟显示，再DISPLAY=:99 python main.py …。
仓库内置 .ide/Dockerfile 构建「云端开发容器」：在 node:20 之上叠加 Python 3.11 + RoboWorld 运行/测试/GUI 依赖，并集成 Xvfb + x11vnc + websockify + noVNC，让 main.py 跑在虚拟桌面并经浏览器访问。
- 为缓解 Cloud Studio 等内存受限构建机在安装 GUI 时的 OOM，GUI 依赖已改用
PySide6-Essentials（仅含 QtCore/QtGui/QtWidgets/QtOpenGLWidgets，不含 3D/Charts 等 Addons），并启用PIP_NO_BUILD_ISOLATION/PIP_PREFER_BINARY与国内镜像 + 超时重试，降低内存峰值与依赖回溯失败。 - 构建并运行：
docker build -f .ide/Dockerfile -t robotworld .
docker run -p 6080:6080 robotworld # 浏览器打开 http://localhost:6080 即可看到 main.py 桌面容器默认通过
.ide/start.sh启动 noVNC 试运行栈（Xvfb → main.py → x11vnc → websockify/noVNC）；IDE 由 Cloud Studio 平台另行拉起，互不冲突。
# 与 examples/olp_full_workflow.py 同源：无 GUI，纯脚本跑通全链路
# 这里用 KUKA KR16-2（首发品牌，节卡同理）
import numpy as np
from domain.robot import Robot
from domain.link import FileLink, SimLink
from service.program import ProgramBuilder
from service.debug import DebugSession
# 1) 载入机器人（URDF）
robot = Robot("assets/models/kuka/kr16_2/kr16_2.urdf", name="KR16")
# 2) 编程序：目标位姿取自真实关节角的**正解**，因此换品牌也一定可达，
# 不必为每个品牌手调笛卡尔坐标
pose_b = robot.forward_kinematics(np.array([30.0, -30.0, 30.0, -30.0, 30.0, 0.0]))
prog = (
ProgramBuilder(robot)
.moveJ([0.0] * robot.dof, speed=40) # 关节插补
.moveL(pose_b, speed=60, blend=10) # 直线插补（blend = 过渡半径 mm）
.build()
)
# 3) 校验：可达性 / 关节限位 / 奇异 / 干涉，并给出节拍
report = prog.validate()
print(report.ok, report.num_motions, f"{report.cycle_time:.2f}s")
# 4) 出码 + 部署：FileLink 离线导出程序与 manifest.json（换成 ControllerLink 即上真机）
print(prog.to_post("kuka_krc4")) # 输出 KUKA KRL（.src）
link = FileLink("out/")
link.connect()
print(prog.deploy(link, "kuka_krc4", name="pick_and_place").handle)
# 5) 在线调试：在仿真连接上播放，读回位姿与规划值比对偏差
sim = SimLink(robot)
sim.connect()
summary = DebugSession(prog.simulate(), sim, robot=robot).run()
print(summary["max_pos_deviation_mm"], "mm /", summary["max_rot_deviation_deg"], "deg")换品牌只需改两处——模型路径与后处理器名。例如节卡：assets/models/jaka/zu5/zu5_real.urdf（厂商 STEP 真机网格）+ jaka_zu；--brand 可切换的机型见 examples/olp_full_workflow.py。
┌───────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ GUI 层 — main.py（PySide6 + OpenGL） │
│ ──────────────────────────────────────────────────────────── │
│ 左双 Tab：① 场景设备库（机器人 / 组件库）② 设备树 │
│ 右标签：属性 / 代码预览 / 导出打包（内含「路径示教」子页） │
│ GLWidget 视口 · 关节滑块 · 对象位姿/参数编辑 · 路径代码编辑器 │
├───────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ Python API — 分层包（domain / service / adapter） │
│ ──────────────────────────────────────────────────────────── │
│ domain：Robot · Pose · Link · 运动学 / 碰撞 / 包络 │
│ service：ProgramBuilder · Program · TrajectoryPlanner │
│ service：DebugSession · SimulationWorld · 场景与工程 │
│ adapter：post（Jinja2 后处理）· plugins · robot_library │
├───────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 运动学核心 │
│ ──────────────────────────────────────────────────────────── │
│ 纯 Python FK·IK·雅可比（默认，CI 与测试使用） │
│ C++ Pinocchio/FCL 核心（可选，通过 CMakeLists.txt 构建） │
├───────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 后处理器生态 — Jinja2 模板 │
│ ──────────────────────────────────────────────────────────── │
│ ur_polyscope · kuka_krc4 · abb_irc5 · fanuc_r30ib │
│ estun_er · jaka_zu · huichuan_inoteach │
│ + 插件品牌（adapter.plugins） │
└───────────────────────────────────────────────────────────────┘
关键可扩展接口：
Link接口 —— 把FileLink（离线）换成SimLink（仿真）或真实ControllerLink（如 RTDE / PROFINET / 厂商 SDK），应用层无需改代码。- 各品牌模板中的
_convert_motion(motion)—— 重写_convert_spline可在控制器原生支持样条时保留之；默认降级为 PTP/LIN。
pytest tests/ # 1846 个测试，覆盖运动学 / 后处理 / link（含真机 Socket 与 SSH 通路及打桩控制器）/ PLC↔机器人 IO 点表 / 驻留段时间轴 / 轨迹编辑器圆弧编辑 / 场景拖拽摆放 / 规模与性能基准（FK 常量缓存等价性 + motion_at 二分对拍）/ 干涉检查采样口径与几何缓存（内核对拍 + 三级漏斗账本）/ 增量重算（内容寻址缓存 + 逐位等价 + 起点进键的回归守卫）/ debug / 厂商 CAD / 标定与手眼 / 多机器人 / 力控 / 数字孪生 / 插件接口 / 云通道 / 程序版本对比 / 插件包 / 包络容差 / i18n / 真机连接面板（Socket + SSH 双传输与取回核对）/ 真机 CAD 链路（合成装配体端到端 + OCP 版本兼容层 + 静态守卫）/ 干涉检查结果缓存（场景签名键 + 拖入路径正确性守卫 + 基准诚实性）/ 力矩校验结果缓存（模型内容签名键 + 命中等价 + 计时诚实性）/ 缓存可观测性（三类缓存统一快照 + 关闭态如实呈现 + GUI 缓存状态对话框）/ 界面架构验收（左侧双 Tab 与右侧三标签结构 + 小窗口不裁切换算 + 一键演示后按钮可达性 + en 标签译文）/ 工艺时序（序列模型与七类校验 + 机器人/PLC 双出口 + 与 `steps_from_program` 逐字段等价 + `to_plc_steps → generate_scl` 端到端出码 + JSON 往返 + 泳道编辑器 offscreen 行为）/ 动态时序使用体验（示例脚本子进程验收）/ 零件库与预置场景库（模板零干涉 + 零件库导入 + 面板 offscreen）/ 工程文件 `.rwproj`（兼容 `.robotproj` / `.core`；六段信封 + 逐段容错 + 未知段保真 + 原子写入 + GUI 打开/保存工程与未保存标记）/ 会话支撑（最近打开 + 自动恢复 + 恢复询问 + 干净退出清快照）/ 工程模板（三个内置模板 + 8 点抓取循环真实 IK + 全新构建）/ 打包配置CI 工作流位于 .github/workflows/ci.yml。
欢迎机器人工程师、研究者与集成商参与。
- 新增品牌 —— 最易上手的入口：写一个 Jinja2 模板 + 把 STEP 放入
assets/vendor/<brand>/step/。详见 docs/manual/post_dev_guide.md。 - 改进核心算法 —— IK 求解器、路径规划、标定例程。
- 硬件验证报告 —— 在真实控制器上跑过生成的 URScript / KRL / RAPID 的结果。
详见 CONTRIBUTING.md。
本项目采用 Apache License 2.0。
本仓库内的代码与文档按 Apache-2.0 发布；assets/models/ 中的第三方机器人 CAD 模型可能带有各自的许可证，请以各子目录的 README.md 为准。完整许可文本见 LICENSE。
- Pinocchio — INRIA / LAAS-CNRS
- FCL — Flexible Collision Library
- OMPL — Open Motion Planning Library
- RoboDK — 灵感来源与行业标杆
- 每一位在真实控制器上做过验证的贡献者
由开源机器人社区用 ❤️ 打造。