2025年基于数字孪生技术的机器人仿真研究.pdfVIP

古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。——苏轼

基于数字孪生技术的机器人仿真研究

数字孪生技术是近年来兴起的新兴技术，通过将现实世界中的

对象或系统建立虚拟仿真模型，来实现对其行为的分析、优化和

预测，并为其制定更加高效可靠的控制策略。随着智能机器人行

业的快速发展，数字孪生技术也被广泛应用于机器人仿真领域，

用于实现机器人的设计、开发和测试。

一、数字孪生技术在机器人仿真中的应用

数字孪生技术在机器人仿真中的应用主要包括三个方面：机器

人建模、运动控制和行为预测。

1.机器人建模

机器人建模是实现机器人仿真的重要前提，其目的是以数学方

法描述机器人的外形、结构、运动特性和传感器等功能，从而实

现虚拟仿真。数字孪生技术可以将机器人的各种参数和性能以精

细的三维模型的形式化为计算机程序，该模型将准确显示机器人

的外观、动作和运动情况等详细信息，以便于工程师更好地分析

饭疏食，饮水，曲肱而枕之，乐亦在其中矣。不义而富且贵，于我如浮云。——《论语》

和设计控制算法，这也为机器人控制系统的设计与优化提供了支

持和帮助。

2.运动控制

虚拟仿真是一种低成本、低风险、高效率的方法，可以帮助机

器人在生产之前开发出最佳的运动控制策略。机器人在现实世界

中受到可变的摩擦力和惯性的影响，不能完全按照预设的操作规

程与物体交互。仿真可以模拟出各种复杂情况，更好地理解这些

问题。

3.行为预测

虚拟仿真也可以帮助机器人行为的预测。通过对机器人模型的

基础算法做出重要的优化，可仅靠单一的仿真就可以实现实际生

产中的数据分析和各种模拟。这些数据可用于精益生产的用途，

诸如避免或减少重大的故障保护缺陷和降低其影响等等。

二、数字孪生技术在机器人仿真中的优势

臣心一片磁针石，不指南方不肯休。——文天祥

数字孪生技术在机器人仿真中的优势包括以下几个方面：

1.高效率

数字孪生技术可以提高机器人系统设计的全面性和深度。可以

发现一些明显的毛病，并及时更正。传统的机器人研发方法通常

依赖于物理实验，这种方法比较耗时费力，而数字孪生的方法可

以大大简化机器人的研发过程，从而提高效率。

2.低成本

数字孪生技术可以在虚拟环境下进行仿真试验，避免了制造新

的机器人设备或器材花费，很大程度上降低了研发机器人的成本。

当机器人在真实环境下运行时，可以合理地模拟系统框架，改善

控制器和防止问题的出现，少投入大量机器人开发费用。

3.更高的精度

针对传统的机器人研发方法，很难达到精细程度，而数字孪生

法有良好的精细性，可以在各个细节上做出最小的误差精度。

为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。——张载

三、数字孪生技术在机器人仿真中的应用前景

数字孪生技术在机器人仿真中的应用前景非常广阔。首先，通

过数字孪生技术，是可以建模不多种型号的机器人产品。进行了

仿真和测试，确保机器人可以良好地适应于生产环境，大大节省

了生产成本。其次，数字孪生技术可以为机器人的全生命周期提

供数据支持，包括从初步设计、制造场优化到后期维护和保修，

随着机器人的运行和日益增多的数据，相关领域的进一步发展必

定呈现最终样貌。

总的来说，数字孪生技术作为新兴技术，已在智能机器人行业

发挥了重要作用。在未来，基于此新兴技术的机器人仿真研究，

将持续