制造业是我国经济发展的重要基础,伴随着物联网、大数据、在线仿真、传感等技术的高速发展,加快制造业数字化、智能化转型已是大势所趋。然而,在推进制造业从中低端向中高端迈进的过程中,面临着一个技术难题:如何在数字化空间中镜像物理空间的设备实体,从而达到优化现有物理系统的目的。基于此,数字孪生提供了新的解决思路。工业机器人作为智能装备的核心为智能制造提供强大的支撑,因此,对工业机器人数字孪生系统的构建研究有助于推动传统生产制造与管理向柔性制造和智能制造转变,在实际应用层面有助于实现在虚拟世界对机器人单元进行模拟、调试与优化,降低改造研发过程中的试错成本。本文具体研究工作下:（1）研究了数字孪生相关理论与机器人数字孪生基础支撑技术,提炼出数字孪生所具有的基本特征。基于此,提出了六轴工业机器人数字孪生系统设计目标与原则,根据面向对象模块化的思想设计了整个系统的研究框架与开发流程。（2）针对数字孪生模型的构建进行了研究。在分析系统建模基本要求的基础上,利用三维建模、图形处理等软件对机器人进行几何规则上的描述,同时对其几何模型进行减顶点与面片数的轻量化操作,提升系统响应时效;利用改进D-H法则以及Pieper准则对机器人进行物理行为上的刻画,并借助MATLAB中机器人工具箱组件完成了运动学算法的验证,并在Unity中搭载交互界面予以展示其仿真效果。（3）针对六轴工业机器人系统运行数据进行了需求分析,针对各项多源、异构数据选择了不同的数据传输与存储方案。利用物理机器人控制器的PC SDK软件开发工具包以及RWS（Robot Web Servies）通讯协议,采集物理机器人的各轴位姿、坐标信息等各项状态数据,并将其同步到虚拟模型中,实现虚实融合;同时将孪生数据整合,形成可视化监测界面,能够对物理机器人进行实时监测与控制,实现了机器人数字孪生系统监控功能的设计与开发。（4）设计了一种沉浸式拖拽示教的远程虚拟调试方案。首先构建虚拟现实漫游环境,利用场景优化技术提升系统渲染效率;进而在虚拟场景下使用HTC Vive手柄记录目标点,利用正则表达式对机器人语言各个关键字进行匹配与解析,实现了在虚拟现实环境中将拖拽轨迹记录并编译成通用的机器人语言,并在Robot Studio中实现了轨迹一致性的验证,完成了数字孪生系统虚实映射的闭环。