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第二节仿真实验与机器人仿真系统河南大学版八上

掌握机器人仿真软件的界面组成及模块库的分类。理解仿真实验的应用。学习目标

新课导入在学习和生活中，我们经常遇到“模拟”和“仿真”这样的词汇。比如，消防疏散模拟演练、舞台表演前的彩排演练、学校进行的模拟测验等，都是对真实场景的模拟化演练。在计算机中有一类软件，可以让用户通过动手操作，在仿真环境中观察模拟场景中的现象，得到真实场景的综合体验。图2-2-1是物理仿真实验“学习家庭电路组成”完成后的界面。在仿真软件中，只需要按照顺序和规则，将用电器连接到电路中，形成闭合电路，即可完成实验。使用仿真软件进行实验操作，具有很多优势，可有效规避实验用品的损坏和对用户的伤害。

广泛应用的仿真系统智能试衣间、仿真游戏、汽车驾驶仿真系统、仿真实验室、模拟飞行系统等都是计算机仿真系统在生活中的应用。

思考与探索1小组讨论，说说你见到过哪些仿真应用？2.你体验过VR吗？有哪些信誉好的足球投注网站VR、AR、MR的含义，尝试理解它们，并与同学们进行讨论。VRARMR

广泛应用的仿真系统（一）仿真和仿真实验通俗地说，仿真就是通过技术手段（通常为计算机仿真）来模拟现实的技术。仿真主要包括仿真硬件和仿真软件。仿真硬件中最主要的是计算机。除计算机外，仿真硬件还包括一些专用的物理仿真器，如运动仿真器、目标仿真器、负载仿真器、环境仿真器等。仿真软件包括为仿真服务的仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的仿真软件系统。

广泛应用的仿真系统建立仿真模型和进行仿真实验是仿真过程的两个主要步骤。仿真实验主要是通过图形化界面联系理论条件与实验过程，以达到模拟现实的目的。下图是模拟空间飞行器对接的仿真系统。

广泛应用的仿真系统（二）仿真与仿真实验的应用对于造价昂贵、危险性大或实现方式有局限性的系统，仿真是一种特别有效的研究手段。最初，仿真技术主要应用于航空、航天、电力、化工，以及其他工业过程控制等工程技术领域。后来，它被日益广泛地应用于社会、经济、生态、管理等系统，如交通控制、城市规划、资源利用、环境污染防治、生产管理、市场预测、世界经济分析和预测、人口控制等。对于社会、经济等系统，很难在真实的系统上进行实验。因此，利用仿真技术研究这些系统就具有更为重要的意义。

广泛应用的仿真系统近年来，仿真实验在教育上的应用愈发深入而广泛，出现了很多仿真实验项目，开发了一些仿真实验室软件，为各阶段的师生提供良好的仿真实验平台。下图为生物仿真实验—观察洋葱根尖细胞分裂。

广泛应用的仿真系统（三）仿真实验的优势和不足1.仿真实验的优势。随着虚拟现实技术的快速发展，“虚拟现实、智慧教育”加快了教育信息化的步伐。仿真实验由于具有再现和模拟真实情景的功能，其应用领域愈来愈广泛，因此具备了真实实验所没有的一些优势。仿真实验可以把因仪器短缺、药品有毒、操作危险等因素而受限制的实验进行模拟再现，有利于节约时间、空间、资金，改善实验条件和教学方法，提高学习者的实践能力。

广泛应用的仿真系统（三）仿真实验的优势和不足1.仿真实验的优势。仿真实验利用计算机技术开发的富有真实感的实验，直接用计算机模拟操作，使操作者自主操作更易实现。仿真实验借助多媒体技术、虚拟仿真技术、传感技术等构建了高度虚拟的仿真环境，使操作者“身临其境”，能实现互动实验教学，最大程度地刺激学习者的感官，并激发他们自主实验的兴趣，有助于开发学习者的构建思维仿真实验种类丰富，无器材损耗，与实验室“零距离”，贯彻了绿色实验的思想。除此之外，它还具有成本低、安全性高、实验成功率大等多种优势。

广泛应用的仿真系统（三）仿真实验的优势和不足2.仿真实验的不足。用户在仿真实验和真实实验中的体验有所不同，仿真实验不能完全取代真实实验教学，无法全方位仿真。比如，在不具备特殊硬件支持的情况下，很难模拟气味；再比如，用户难以通过仿真实验感受物体重量、把握物体的手感等信息。在实际应用中，我们需要运用恰当的方法将仿真实验与真实实验有机结合起来，从而使实验教学效果最优化。

机器人仿真系统（一）机器人仿真系统机器人仿真系统是指通过计算机对实际的机器人系统进行模拟的系统。机器人仿真系统主要应用在三个方面。一是机器人本身的设计和研究，包括机器人的机械结构和控制系统，具体有机器人的运动学和动力学分析、各种规划和控制方法的研究等。机器人仿真系统可为这些研究提供灵活和方便的研究工具，用户主要是从事机器人设计、研究的相关部门和高等学校。

机器人仿真系统二是以机器人为主体的自动化生产线，包括机器人工作站的设计、机器人的选型、离线编程和碰撞检测等。机器人仿真系统可为此提供既经济又安全的设计和实验手段，用户主要是那些使用机器人的产业部门。三是用于机器人的教学和培训。机器人是比较昂贵的设备，在进行机器人教学时，不可能用许多真实的机器人作为教学和培训的