工业机器人是智能制造领域中极具代表性的设备,对工业机器人的运动仿真技术和监控技术进行研究具有非常重要的意义。现有研究大多数采用脱离物理实体的仿真技术,通过输入数据,单向驱动数字模型进行验证。传统方法存在运动仿真可信度不高、碰撞检测精度不够、监控视角不全面等问题。本文提出一种基于数字孪生（Digital Twin）的工业机器人运动仿真与监控思路,将物理实体特定数据实时映射到孪生模型,驱动孪生模型运动;孪生模型形成的数据驱动物理实体运动。实现了基于物理实体的实时、双向驱动仿真和监控。主要研究内容如下:1)讨论物理实体和孪生模型之间的行为和数据映射关系,提出了工业机器人数字孪生系统四维架构,利用Unity3D构建了与物理实体相对应的虚拟系统。2)对机器人进行运动学和轨迹规划分析,将轨迹规划算法集成到系统中,实现了虚拟环境中的运动仿真功能。针对Unity3D内置碰撞器的检测精确性不高、易出现误检的情况,实现了一种改进的混合层次包围盒碰撞检测算法,提高了碰撞检测的准确性。3)提出了机器人三维可视化监控方案,将孪生数据映射到虚拟环境当中,让机器人运行状态透明化,实现对机器人运行过程的多角度、多数据的全方位监控。将孪生数据进行持久化处理,通过调用历史数据重现机器人运行状态,实现数据可追踪可回溯。4)开发了原型系统,搭建实验平台,对系统的运动仿真和监控功能进行测试,实验结果验证了系统的可行性和有效性。本文的创新性表现在两个方面:一是提出一种基于数字孪生的工业机器人运动仿真与监控系统四维架构,在物理实体和虚拟系统间建立双向实时高保真映射,具有可视化程度高、交互性好、消除监控死角等优点。二是提出了一种改进的混合层次包围盒碰撞检测算法,将Unity3D内置碰撞器和层次包围盒算法结合,弥补了内置碰撞器紧密性不够、检测不准确及易出现误检的不足。