数字孪生激光焊接机器人教学实训平台：虚实结合助力智能制造人才培养

数字孪生激光焊接机器人教学实训平台：虚实结合助力智能制造人才培养

数字孪生激光焊接机器人教学实训平台通过数字孪生技术实现机器人与仿真平台的实时同步，让学生在虚拟环境中进行编程实训和案例演示，同时支持多种操作方式和丰富的VR基础知识学习资源。

激光焊接机器人数字孪生智能工作站将机器人，通过数字孪生平台，使机器人与仿真平台上的虚拟应用实时同步，同时让学生能体验与实际生产线一致的场景和操作。系统充分利用模拟环境提供工作场景，让学生通过反复调试和试错，从而在试错中学习和掌握更多实用的知识。当学员在应用场景中选择某个特定应用场景时，通过“任务描述”了解工作任务，根据任务在虚拟环境进行“编程实训”，在反复调试和不断试错中得到预期的效果。同时，系统还提供了已经编辑好的任务“案例演示”，帮助学生学习和提升兴趣。在完成虚拟环境下的编程并在模拟环境中验证后，再与实体机器人联动验证编程逻辑和预期效果（数字孪生），并可将所设计的方案在实体机器人中复现，虚实联动验证实体机器人的实际运动轨迹和虚拟场景中规划效果。

（1）软件平台功能及特色： 数字孪生机器人教学平台软件充分利用虚拟仿真技术（VR），在虚拟环境下实现机器人的知识学习和体验真实环境应用，并利用数字孪生技术，在虚拟仿真技术基础上依托并集成其他技术以实现精准映射、虚实互动，让教学和实训更高效。

数字孪生机器人教学平台能将机器人工作任务的数据与仿真平台实时同步，使机器人与仿真平台上的数字化模型同步。本中心除提供了机器人的基本操作和编程的学习外，还提供了多品牌、多任务训练场景的机器人焊接操作培训，并可将所设计的方案在激光焊接实体机器人工作站中复现，虚实联动验证实体机器人工作站的实际运动轨迹和虚拟场景中规划效果，实现虚实互控制。操作方式包括VR头盔沉浸式使用手柄拖拽机器臂方式或裸眼实体示教器和Pad触摸虚拟示教器操作。

①VR示教编程训练：为方便学生使用，特别推出电脑和IPAD上直接使用版本。即将选定品牌机器人的虚拟示教器直接使用IPAD或电脑上进行示教器操作基础学习和训练；进行简单编程训练。 并支持“牵引示教”、“自动负载检测”和“图形化编程”等功能，实现虚实互控、虚实互动。

②多种操作方式：使用IPAD的虚拟示教器进行基本操作训练，也可进行模块化拖拽编程。同时，还支持在PC上通过虚拟机器人直接可以进行360度拖拽和旋转的编程。

③可扩展性强：开源ROS接口，用户可以在ROS环境下通过EtherCAT实时控制机器人关节，可以不必依赖控制箱来控制机器人。

④VR基础知识学习：平台还提供丰富的机器人VR基础知识（如：机器人结构组成、关节结构、坐标系运动原理、控制系统、内外部传感器、电动系统等）和教学课件PPT。将复杂的知识点和难点通过VR技术很好的展示出来，让教师可有效教，让学生高效的学。

⑤多应用虚拟场景：平台提供了多个领域或行业的VR机器人应用场景。

（2）数字孪生应用示例
数字孪生机器人应用可以让学生真实体验机器人在产业和行业中的作用。机器人是智能材料加工和智能制造的基础，大量工作任务都是机器人在特定领域或岗位的应用。平台除提供了机器人的基本操作和编程的学习外，还提供了多个应用场景的任务实训。让学生通过虚拟的应用场景来设计和规划工作任务，完成机器人的编程，并在虚拟场景中检验编程结果。通过虚实联动观察实体机器人的实际运动轨迹和虚拟场景中规划效果。材料智能加工实训室本次规划了焊接、切割、搬运、搬运四类应用，其操作模式类似。