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利用工业机器人实现焊接、激光加工和喷涂作业，需要完成工业机器人和外围设备的集成，即机器人工作站的开发，这种工作需要一个团队来完成。机器人工作站的开发与一般机电一体化系统开发有显著区别的是：需要掌握与作业相关的工艺。
机器人焊接、激光加工和喷涂工作站开发需要具备的基本能力如图1-17所示。
图1-17 机器人焊接、激光加工和喷涂工作站开发需要具备的基本能力
在学习和掌握工业机器人基础知识的前提下，需要掌握工业机器人应用相关技术，主要包括坐标系标定、末端执行器轨迹规划、机器人离线编程技术。
如图1-18所示，与工业机器人作业相关的坐标系包括世界坐标系（world coordinate system）{ Wo }、基坐标系（base coordinate system）{ B }、法兰坐标系（flange coordinate system）{ F }、工具坐标系（tool coordinate system）（末端执行器坐标系）{ T }、工作台坐标系（station coordinate system）{ S }或用户坐标系（user coordinate system）{ U }和目标坐标系（goal coordinate system）{ G }（工件坐标系）。
图1-18 与工业机器人作业相关的坐标系
对于每一种商用工业机器人，其世界坐标系、工作台坐标系和工件坐标系都可以通过示教的方法进行设定。三点法设定坐标系原理如图1-19所示，一般可以采用三点法（或四点法）进行设定。从图1-19中可以看出，所谓三点法是指：用示教的方法可以确定不在同一直线上的第一点 X 1 、第二点 X 2 和第三点 Y 1 ；第一点 X 1 与第二点 X 2 连线组成坐标系的 X 轴；通过第三点 Y 1 向 X 轴作的垂直线，为 Y 轴，交点为坐标系原点；利用向量叉积 Z = X × Y 可以确定 Z 轴。图1-18中的工作台坐标系{ S }和工件坐标系{ G }都可以用该方法建立。
图1-19 三点法设定坐标系原理
机器人运动轨迹是指机器人在完成某一作业过程中，其工具坐标系{ T }的原点TCP（tool center point）的位移以及相应的工具坐标系{ T }的姿态变化历程。
轨迹规划就是要确定完成作业任务的工具坐标系{ T }的原点TCP的轨迹 O i （ x i ， y i ， z i ），以及在该点工具坐标系{ T }的姿态 R i ，如图1-20所示。为叙述方便，可以把它们写成 P i { O i ， R i }，即工具坐标系{ T }相对于工作台坐标系的位姿。轨迹规划，是指确定作业起始点、中间点及终止点的位姿，也就是确定位姿序列{ P 1 { O 1 ， R 1 }， P 2 { O 2 ， R 2 }，…， P i { O i ， R i }，…， P n { O n ， R n }}。
图1-20 工具坐标系运动的位姿系列
轨迹规划可以在机器人关节空间进行，也可以在直角坐标空间中进行。在关节空间进行规划时，是将关节变量表示成时间的函数，并确定它的一阶和二阶时间导数；在直角空间进行规划时，首先要根据作业要求，确定工具坐标系{ T }在路径点和中间点的位姿和速度。
离线编程是指在虚拟环境中创建加工场景，建立机器人及工作环境的三维（3D）模拟场景，经由软件仿真计算，生成控制机器人运动轨迹，进而生成机器人的控制指令。设计人员可以利用离线编程技术来控制物理环境中的机器人。
以机器人焊接为例，可以通过离线编程软件对机器人的焊枪、喷枪和激光头等末端执行器的姿态、手臂配置、进给/速度、功率、运动轨迹等进行全方位设置，创建、优化并验证作业计划。编程完成后，实际加工流程将由自动化系统执行。
常用的工业机器人离线编程软件包括RobotArt、RobotMaster、RobotWorks、Robomove、RobotCAD、DELMIA、RobotStudio和RoboGuide等。这些离线编程软件的主要功能包括机器人碰撞检测、机器人路径规划和机器人传送带跟踪等。
开发和应用机器人焊接、激光加工和焊接系统，需要掌握机器人焊接工艺、机器人激光加工工艺和机器人喷涂工艺。
机器人焊接工艺主要包括焊接方法、焊接电源、母材、焊材、保护气体类型、板厚（管径及壁厚）、坡口形式、焊前装配方法、焊接位置、焊接顺序、焊接轨迹、焊枪姿态及焊接工艺参数等的确定。在制定机器人焊接工艺前，需要对焊件材料的焊接性、成形加工工艺、装配方法有充分的了解。
1）机器人激光焊接工艺
机器人激光焊接工艺包括焊接方法、激光机、母材、焊材、保护气体类型、板厚（管径及壁厚）、坡口形式、焊前装配方法、焊接位置、焊接顺序、焊接轨迹、焊枪姿态的确定，也包括功率密度、激光脉冲波形、激光脉冲宽度、离焦量、光束焦斑大小、材料吸收值、焊接速度等工艺参数的确定；同时也包括作业安全规范和质量检验标准。
2）机器人激光熔覆工艺
机器人激光熔覆工艺包括熔覆方法、激光机、母材、焊材、保护气体类型、板厚（管径及壁厚）、坡口形式、熔覆位置、熔覆顺序、熔覆轨迹、熔覆头姿态的确定，也包括激光功率、光斑直径、熔覆速度、离焦量、送粉速度、扫描速度、预热温度等工艺参数的确定；同时也包括作业安全规范和质量检验标准的确定。
3）机器人激光切割工艺
机器人激光切割工艺包括切割方法、激光机、工件材料、保护气体类型、板厚（管径及壁厚）、切割位置、切割顺序、切割轨迹、激光头姿态的确定，也包括激光输出功率、切割速度、焦点位置的调整、喷嘴直径、喷嘴与工件表面间距、辅助气体压力等工艺参数的确定；同时也包括作业工艺规范、作业安全规范和质量检验标准的确定。
1）机器人无气喷涂工艺
机器人无气喷涂工艺包括喷涂方法、喷涂机、母材、保护气体类型、涂饰厚度、涂饰形状、涂饰位置、喷涂顺序、喷枪轨迹、喷枪姿态、枪距、喷枪运行方向及速度等的确定，也包括喷嘴等效口径、流量、喷雾图形幅宽、黏度和涂料压力等喷涂工艺参数的确定；同时也包括作业工艺规范、作业安全规范和质量检验标准的确定。
2）机器人空气喷涂工艺
机器人空气喷涂工艺包括喷涂方法、喷涂机、母材、保护气体类型、涂饰厚度、涂饰形状、涂饰位置、喷涂顺序、喷枪轨迹、喷枪姿态、枪距、喷枪运行方向及速度等的确定，也包括喷嘴直径、喷涂压力、涂料黏度、喷涂距离和喷涂角度等喷涂工艺参数的确定；同时也包括作业工艺规范、作业安全规范和质量检验标准的确定。
3）机器人静电喷涂工艺
机器人静电喷涂工艺包括喷涂方法、喷涂机、母材、保护气体类型、涂饰厚度、涂饰形状、涂饰位置、喷涂顺序、喷枪轨迹、喷枪姿态、枪距、喷枪运行方向及速度等的确定，也包括喷涂流量、成型空气、旋杯转速和高压等喷涂工艺参数的确定；同时也包括作业安全规范和质量检验标准的确定。
对于机器人焊接、激光加工和机器人喷涂系统的开发和应用，需要掌握这些类型的机器人工作站的组成，包括机器人（含本体及其控制系统），专用的末端执行器（包括机器人用焊枪、机器人用激光头、机器人喷头），机器人作业相关的外围设备，如焊接电源、送丝机构、保护其他输送装置、作业工装和夹具及安全防护装置等。
根据工业机器人焊接、激光加工和机器人喷涂作业的要求，选择工业机器人的型号、末端执行器型号以及外围设备型号之后，需要通过系统集成技术，将工业机器人及外围设备相集成，形成机器人工作站，作为一个相对独立的工作单元嵌入生产系统中。开发机器人工作站需要解决机器人工作站的结构类型、机器人工作站内部数据和信息传输、机器人工作站与外部的通信三个方面的问题。
机器人工作站要控制的对象包括机器人及外围设备（包含工装和夹具），它们都有各自的控制器。要把这些设备融合起来成为机器人工作站，需要一个层级更高的总控制平台。总控制平台可以选择以机器人控制器、PLC或工控机为核心进行构建。
1）建立数据交换物理链路
根据机器人及外围设备的接口类型及通信协议，利用相应的电缆将控制器与机器人及外围设备相连接，形成总控制器与机器人及外围设备之间的数据传输和交换的通路。
2）开发数据交换及处理软件
根据所有设备的接口协议，确定所有设备之间传输数据的处理流程及处理方法，并开发相应的程序。
机器人与外围设备相集成从而形成机器人工作站，之后投入运行，从而与生产系统融合，这本质上是一个工程项目。作为工程项目，其实施的工作流程包括七个阶段，如图1-21所示。
图1-21 机器人工作站开发工作流程
机器人工作站的开发都是定制型的，先前的开发技术和经验可以借鉴，但不能复制。这是机器人工作站开发的最大特点。但是，要想提高机器人工作站开发效率，了解与作业相关的工艺是前提。