工业机器人虚拟仿真技术应用全套课件

工业机器人虚拟仿真技术应用项目一任务1.1任务1.2任务1.3数字化双胞胎技术的认识数字化双胞胎技术的平台背景和特点数字化双胞胎技术的平台建设内容及组成数字化双胞胎技术的平台技术参数配置01项目二

仿真系统的安装任务

2.1

仿真软件的安装及要求任务

2.2

许可证书的注册项目三

仿真系统技术的总体认知任务

3.1

仿真技术的总体认知项目四

3D

仿真器的结构0203任务4.1任务4.2任务4.3任务4.4任务4.5任务4.6任务4.7任务4.8设定3D仿真器的通用属性导入与简化3D

CAD模型

设计智能3D资源和系统使用智能资源库3D仿真器与外部软件/控制器的连接测试并调试3D仿真器衡量和优化3D仿真器的性能生成独立的3D仿真器可执行元件04目目录录05项目五

3D

仿真器的详细属性任务

5.1

Universe

的属性任务

5.2

3D

仿真器的光源属性目录项目五任务5.3任务5.4任务5.5任务5.6任务5.73D仿真器的详细属性3D仿真器的视角属性3D仿真器的元件属性3D仿真器的动作属性HMI的属性控制器的属性05项目六

图表仿真任务

6.1

创建仿真文件夹项目七

高品质视图任务

7.1

高品质视图用法及设置项目八

虚拟现实060708CONTENTS目录09项目九

仿真服务器任务

9.1

仿真服务器概念及设置任务

9.2

启动网络用户和远程服务器项目十

智能对象的接口定义任务

10.1

智能对象接口的定义和使用任务8.1任务8.2任务8.3虚拟现实的安装及用法Htc

Vive控制器XBOX控制器10目录111213项目十一 搬运机器人的离线编程任务

11.1

搬运机器人的离线编程与仿真任务

11.2

搬运机器人的离线编程与仿真方法项目十二

码垛机器人的离线编程任务

12.1

码垛机器人离线编程相关知识内容任务

12.2

码垛机器人离线编程与仿真方法项目十三

激光切割工业机器人的任务

13.1

离线轨迹编程目C录O

N

T

E

N

T

S参考资料14项目一数字化双胞胎技术的认识01123DLIM-DT01B数字化双胞胎技术应用平台利用先进仿真技

术，再现工业互联网协同制造平台三层组织架构，全方面呈现智能制造产线制造技术（OT）、信息技术（IT）中所涉及的各种感知、控制、网络传输及数据处理各环节关键技术及学生所需掌握的技能。工业互联网协同制造组织架构如图1-1所示。DLIM-DT01B数字化双胞胎技术应用平台可将真实物理产线无缝映射为3D数字化模型，利用先进的仿真技术与信息技术，平台可以实现：平台主要有硬件系统与软件系统两部分组成。硬件系统主要由操作台、PLC、触摸屏、按钮等人机交互设备组成，用于与虚拟场景及设备进行交互操作。软件系统主要由PLC编程软件、组态软件、工业机器人离线编程软件以及工厂自动化仿真软件组成，主要用于

3D场景搭建、机械运动属性创建、电气元件属性设置及关联、生产线虚拟调试及节拍优化等实训任务。DLIM-DT01B数字化双胞胎技术应用操作台如图1-3所示。温度：+5t+45°；环境湿度：≤85%（25℃）。系统占地面积：不小于

850mm×730mm×1500mm。整机功率：约120VA。输入电源：单相三线

AC220V±10%50Hz。材质：钣金，表面喷塑。数字孪生技术是一种全新数字化双胞胎解决方案，适用于自动化设备的研发设计，借助该软件平台，可对包含多物理场以及通常存在于自动化设备中的自动化相关行为的概念进行3D建模、仿真和虚拟调试。通过数字模型模拟自动化设备的运动和工作状态，实现机械和电气的联动虚拟调试，通过双胞胎的虚实连接，数据的不断迭代，模型的不断优化，进而获得最优的自动化设备的解决方案。利用数字孪生技术仿真自动化设备如图1-4所示。同时，该虚拟仿真软件

可接收真实PLC控制器的数

据，驱动虚拟机器人、皮带、巷道机械手等机构，实现搬

运、装配、传输等应用。利

用仿真软件接收真实数据驱

动虚拟设备如图1-5所示。MES制造执行系统以DLIM-103MA为例介绍，如图1-7所示。MES主要面向具体生产执行层的

生产信息化管理系统，主要负责生产现场的信息化控制与管理工作，平台结合了MES中产品订单生成与管理、生产管理、生产统计、设备管理、仓库管理、质量管理等功能；同时通过看板管理模

式直观实时的显示出来，MES生产执行层的生产信息化管理系统，如图1-8所示。生产现场的信息化控制与管理工作生产车间场景以DLIM-103MA为例介绍。生产车间以传统离散型制造企业数字化改造过程作为切入点，打造工业互联网协同制造平台，主要有生产制造单元、生产制造车间与工厂三部分组成，主要组成见表1-2。（1）自动化仓储，如图1-9所示自动化仓储主要由台体、原料库、成品库、巷道机械手、气源处理等模块等构成。自动化仓储单元主要是存储上料盖及成品件。出入库动作流程：自动仓储单元接收到来自MES的信息，通过巷道机械手将原材料或加工完成的产品进行出、入库存储，并将存储位置发送给MES，完成出库订单。（2）加工装配车间整体，如图1-10所示。加工装配车间主要有台体、防护罩、六轴机器人、激光打标机、视觉检测装置、标签传输装置、供料装置、打标平台、电磁阀模块等构成。动作流程：MES下达信息，机器人搬运相应颜色的盒底到打标平台；再从标签传输带吸取对应信息的标签；打标机打印定制图形图像。完成加工过程；机器人将书签和盒底搬运至传送带，并通过RFID写入产品信息。1.3.1

数字化双胞胎技术平台主要技术参数及配置数字化双胞胎技术平台以DLIM-103MA为例介绍，3D场景根据配套实体设计及用户需求做相应调整：主要技术参数及配置见表1-3。数字化双胞胎技术平台能够满足《数字化设计与制造》、《智能生产计划管理（MES）》、《可编程序控制器》、《工业机器人技术》、《工业机器人编程》、《工业机器人离线编程与仿真》等课程配套教学，并且可以配套以下实训项目的实施：项目二仿真系统的安装02VIRTUAL

UNIVERSE

PRO（行业软件包）是一款创新的三维建模与仿真软件。借助可复用和可融合的CAD模型，它能够快速的创建自动化系统的三维交互式仿真（或《虚拟机器》）。有了VIRTUAL

UNIVERSE

PRO仿真器，工业装备和自动化系统的设计者就能够在逼真并且交互式的三维虚拟环境下测试他们的产品，并实时的模拟设备行为。通过连接三维仿真器与外部控制器，如PLC或嵌入式虚拟控制器，VIRTUAL

UNIVERSE

PRO能够在完全虚拟的环境下，再现设备或机器在真实世界中的工作情况。2.1.1

硬件要求为了充分利用软件的性能（尤其是在仿真过程中），推荐使用装备了高性能显卡和强大处理器的计算机来运行VIRTUAL

UNIVERSE

PRO，原因如下：2.1.2

安装软件在电脑上安装VIRTUAL

UNIVERSE

PRO，只需启动安装包的执行文件即可，安装包在所购买的光盘中获得，也可以直接从网上下载。访问网站

下载最新版本的VIRTUAL

UNIVERSE

PRO。2.2.1

注册许可证书只要没有注册许可证，VIRTUALUNIVERSE

PRO就会以试验版方式运行，只可以试验性的使用40天。如需要注册许可证，在管理员模式下启动VIRTUALUNIVERSE

PRO：在快捷方式图标上右击并点击“以管理员方式运行”。首次启动VIRTUAL

UNIVERSE

PRO时，将弹出如下对话框：如图2-1所示。2.2.2

注册安全码注册安全码（无限制使用）。VIRTUAL

UNIVERSE

PRO能够生成一个独立的三维仿真器可执行文件，其使用周期不受限制。

可执行文件的功能受到安全码的保护，每个生成的可执行文件都有属于自己的、唯一的安全码。注册安全码：在文件菜单中选择创建一个可执行文件/创建一个不受限制的可执行文件，如图2-2所示。填入可执行文件的名字之后，将会弹出一个显示工程代码的窗口：如图2-3所示。项目三仿真系统技术的总体认知033.1.1

菜单与窗口菜单可以访问用户文档和软件信息。使用文件菜单可以创建新工程，打开已有工程，保存和关闭工程。该菜单也提供了生成独立3D仿真器可执行文件和许可证书注册的入口。编辑菜单可以让用户撤销和重复当前工程的操作。默认设置下，可以使用鼠标来完成仿真过程中3D环境下的导航以及与

3D物体的交互，如图3-6所示。关闭仿真并打开设置窗口时，在3D渲染窗口的中心位置将会显示一个（X，Y，Z）轴系统（全局轴系统）。而对于用鼠标选中的或树状列表下的3D子画面中，也会显示这种轴系统（本地轴系统），如图3-7所示。VIRTUAL

UNIVERSE

PRO可以构建交互式自动化系3D仿真器（或虚拟机器），该系统由3D虚拟系统组成，可以被一个或多个控制器（在3D仿真器的内部或外部）所控制。通过CAD软件将3D模型导入到VIRTUAL

UNIVERSE

PRO，以创建3D资源（由称为“元件”的3D对象组成）和用来构成3D虚拟机器元件的3D资源组件。为“元件”添加“动作”，使3D资源具备真正的智能性，能够模拟实际资源的行为，例如虚拟系统下的执行机构和传感器。这些行为要么是在VIRTUAL

UNIVERSE

PRO中已经预定义好的，要么是在脚本编辑器中创建的定制化为（脚本），然后再集成到VIRTUAL

UNIVERSE

PRO中。所有在VIRTUAL

UNIVERSE

PRO中创建的资源（智能3D资源，或者无3D效果的简易行为）都能够存储在VIRTUAL

UNIVERSE

PRO内部的资源库中，并且在将来快速搭建3D仿真工程时可以再次使用。可以在3D仿真器内部构建一个或多个虚拟控制器（运动控制器，顺序控制器），并能够定义一个二维的控制面板，作为人机交互界面来使用。VIRTUAL

UNIVERSE

PRO内的虚拟系统能够连接外部控制器（例如PLC），并进行联合仿真。在这种构架下，可以随

时检测和提升3D仿真器（三维渲染质量，物理引擎性能）的性能。最后可以生成独立式的3D仿真器可执行文件，它在仿真时受到一定限制，但不需要安装软件。在任何时候，都能够通过设置窗口调用3D仿真器工程的设置和搭建工具，3D仿真器工程的元件则是以树状的形式构成和呈现，如图3-8所示。VIRTUAL

UNIVERSE

PRO允许对3DCAD（计算机辅助设计）模型进行反复使用，这些模型可以通过CAD软件直接导入，也可以通过交换文件间接导入，如图3-10所示。以下是可以被导入到VIRTUAL

UNIVERSE

PRO中并且可以重复使用的

3D

CAD数据类型，见表3-1所示。可用的PLC接口列表。VIRTUAL

UNIVERSE

PRO兼容一部分PLC品牌，并因此提供了若干类型的PLC连接接口（通讯协议），见下表3-2所示。可用的PLC接口列表。VIRTUAL

UNIVERSE

PRO的内部工作以下可能有助于理解，VIRTUAL

UNIVERSE

PRO使用了哪些内部机制和技术来实现仿真，如图3-12所示。VIRTUAL

UNIVERSE

PRO下创建的虚拟系统可以连接至PLC（可编程逻辑控制器），以便于创建逼真的虚拟自动化系统。项目四3D仿真器的结构04默认情况下，VIRTUAL

UNIVERSE

PRO将自动打开一个预定义模式的world（在显示方面），如图4-1所示。world下使用的单位：毫米millimeter(长度)，度数degree(角度)。可以修改长度的单位（米或毫米），背景颜色，或者通过访问该world的属性来增加阴影，如图4-2所示。在专家模式下，始终可以在world的属性之下设置很多其他的显示设定：如图4-3所示。调整3D仿真器窗口打开时的大小；增加用于表示world中天空的图片；对3D渲染引擎实施最大图像刷新速率。3D仿真器的照明是通过添加和调整灯光而获得。每个3Dworld都已经有一个默认的预设光源。白色灯光位于离地面50米高的位置，光源半径为100米。可以修改光源的属性，并可以在3D仿真器中添加更多的灯光，如图4-4所示。另一个参数则能够设置world下默认的环境光源（灯光与亮度），这与3D仿真器已添加的光源没有关系。该参数位于World的属性中，如图4-5所示。3D仿真器的可视化是在视角下进行管理的。默认情况下，3D仿真器有一个固定的视角（单视点），目标则是指向world的中心，如图4-6所示。还可以添加更多的视角（固定或者移动的），并创建3D仿真器下的其他视角，如图4-7所示。注意：这种多视角的方式将会极大的降低图像渲染（刷新速率）的效果默认情况下，3D仿真器中的导航是通过使用鼠标及鼠标按钮来完成（VU导航模式），如图4-8所示。在Universe属性中，还可以使用另一种导航方法（称为IRIS3D）。该方法使用箭头按钮来实现3Dworld下的移动和缩放。该模式下，鼠标导航仍可以使用，如图4-9所示。最后，还可以调整移动和缩放的系数，以便于在

3D渲染（无论是使用VU还是IRIS3D的方法）中更快或更慢的实现移动或缩放，这些系数位于Camera下，可以在其属性中访问，调整移动和缩放系数如图4-10所示。。默认情况下，VIRTUAL

UNIVERSE

PRO初始状态的仿真是处于停止模式。任何时候，点击按钮“运行”就可以启动仿真（切换到运行模式），如图4-11所示。在Universe的属性中选择“自动运行”，就可以在打开VIRTUAL

UNIVERSE

PRO工程时自动运行仿真，如图4-12所示。在默认的工程下，VIRTUAL

UNIVERSE

PRO并不会连接任何外部的软件或控制器。如果要连接

VIRTUAL

UNIVERSE

PRO3D仿真器到外部软件或控

制器上，需要在universe属性中选择“驱动”。VIRTUAL

UNIVERSE

PRO能够兼容绝大多数市场主流的PLC品牌，并且提供若干类型的驱动（用于不

同的PLC通讯协议），仿真器的连接，如图4-13所示。一旦选择了"驱动"，在驱动标签下就可以设置对应的连接（PLC的

IP地址，OPC服务器名，机架上CPU的位置）选项，如图4-14所示。在专家模式和高级用户下，可以修改用于仿真的物理

引擎。在World的属性下，可以选择Nvidia物理引擎来替换Newton物理引擎（默认使用的引擎），如图4-15所示。VIRTUAL

UNIVERSE

PRO允许重复使用3D

CAD（计算机辅助设计）模型，无论它们是直接通过CAD软件导入的，还是间接使用的交换文件。以下是目前VIRTUAL

UNIVERSE

PRO中可以被导入并且重复使用的3D

CAD数据类型，如图4-16所示。该模式下允许导入在Solidworks中已

经定义的几何与结构约束。该模式需要使用

Chrono引擎作为物理引擎。需要导入的组件必须在与VIRTUAL

UNIVERSE

PRO处于同一台PC上的Solidworks上打开。在Solidworks里打开该组件，如图4-25所示。在World一级右击，进入到Import/from

SolidWorks菜单。也可以在

Sprite一级导入数据，可以是该项目树的任一位置，如图4-26所示。（3）将打开一个带有若干导入方法的对话框，选择第二个方式“Import

fromSolidworks”，如图4-27所示。（4）点击“Next”，如图4-28所示。点击“Import”，如图4-29所示。出现了建议使用Chrono物理引擎的对话框，点击“Yes”，如图4-30所示。该方法需要在一台电脑上同时打开AutodeskInventor和VIRTUAL

UNIVERSE

PRO，如图4-31所示。首先，在Autodesk

Inventor下打开完整的数据，如图4-32所示。在VIRTUAL

UNIVERSE

PRO，打开设置窗口，如图

4-33所示。右键点击World，选择导入/从Inventor选项。也可以在元件一级下导入数据，无论其在工程树中的哪个位置，如图4-34所示。VIRTUAL

UNIVERSE

PRO能够通过重复应用3D

CAD模型（计算机辅助设计），来设计新的智能3D资源与系统。这些智能3D资源和系统能够被独立保存，并可以被添加到VIRTUAL

UNIVERSE

PRO的资源库中，这样在今后的3D仿真器工程中就可以重复使用。在VIRTUAL

UNIVERSE

PRO中，一个智能的3D资源通常包含若干个已附加了动作的3D元件（结构化的元件装配体），在仿真过程中，所有这些动作则构成了该资源的智能性。在VIRTUAL

UNIVERSE

PRO中，3D

World下元件的位置是通过相对坐标定义的，相对指的是对于其父元件。因此，当数据自3D

CAD软件导入时，每个元件有一组默认的在局部坐标系（相对于其父元件的位置）下的空坐标（位置和姿态）。移动一个元件，有两种方法：直接通过元件附加的（X，Y，Z）罗盘上的箭头（变换）或圆环（旋转）来实现移动，如图4-42所示。也可以通过局部坐标设定中“位置与尺寸”来精确移动：显示单位（米或者毫米）在World的属性中选择，如图4-43所示。需要改变元件的尺寸时，只需要修改该元件的选项中，位置和尺寸下的尺寸参数。显示单位（米或者毫米）在World的属性中选择，改变元件尺寸，如图4-44所示。动作指仿真过程中元件被赋予的智能性。为元件添加动作能够让你构建智能资源，这样就可以在3Dworld中移动，与

其他3D资源交互，相互或者与外部软件通讯。例如，动作可以被用来模拟自动化系统下运转部件的执行器和传感器。动作要么是在VIRTUAL

UNIVERSE

PRO里预定义和可配置的，要么是由用户使用VIRTUAL

UNIVERSE

PRO的集成脚本编辑器创建的，定制化的且更复杂的基于脚本的动作。脚本经常用来模拟资源（内部逻辑）的主控制器，添加动作到3D元件，如图4-46所示。的气缸示例下使用的运动路径，如图4-53所示。以下是在对于接收来自3D仿真器外部PLC的速度设定点，由{电机+变频器}组合驱动的轴的情况下，使用这种运动轮廓的典型示例，如图4-64所示。点，由{电机+变频器}组合驱动的轴的情况下，使用这种运动轮廓134

的典型示例，如图4-70所示。1.基于时间函数移动这是典型的由外部控制器基于时间来驱动23.

基于“直接”位置函数移动

2.基于速度函数移动以下是在对于接收来自3D仿真器外部PLC的速度设定点，由{电机+变频器}组合驱动的轴的情况下，使用这种运动轮廓的典型示例，如图4-58所示。4.基于带有加速和减速的位置函数移动以下是在对于接收来自3D仿真器内部轴控制器的位置设定通过自动创建和调整仿真运动路径所需的动作，运动辅助能够轻松的定义一个3D机械资源或系统的运动路径。4.4.1

智能资源库简述VIRTUAL

UNIVERSEPRO下的三维资源库，能够允许用来积累自己的智能资源，以供日后使用它们构建新的3D仿真工程。4.4.2

从库中导入一个智能资源（1）在库中选择资源并添加到工程，将其从库拖拽到3D渲染窗口中，如图4-79示。（2）该3D资源被立即添加到工程中，并显示在工程树中。4.4.3

3D资源与“磁性”选项的快速连接VIRTUAL

UNIVERSE

PRO的一大特点就是该“磁性”功能，该功能使人可轻易地使用鼠标来连接3D资源。这对于快速定位3Dworld下生产线中资源尤其有用。在3D资源中，元件被指定为连接器，并。且具有“磁化”其他同样具有“磁性”功能的3D元件的特性。“磁性”功能可以在元件的属性中找到，如图4-83所示。4.4.2

导出一个智能资源到库中VIRTUAL

UNIVERSE

PRO能够积累智能资源，以供日后使用它们构建新的3D仿真工程。在工程树中，选择需要添加到库中的

3D资源，右键点击选择导出，如图4-80所示。此时将会打开一个Windows浏览器。在VIRTUAL

UNIVERSE

PRO的安装目录下，选“library”文件夹。这个文件夹没有写保护，可以按所希望的方式组织(添加新目录)。选择了备份的路径之后，对新的资源进行命名，点击“保存”，如图4-81所示。4.5.1

定义3D仿真器输入/输出的列表4.5.2 连接3D仿真器与外部软件/控制器4.5.3

3D仿真器输入/输出和外部控制器变量之间的映射3D仿真器的输入/输出能够在以下两级中被链接到外部软件/控制器变量。在输入/输出行为一级（声明为外部连接），如图4-91所示。（1）3D仿真器输入/输出列表与所有被添加到工程中并被记录为“外部连接”的“通用读取”和“通用写入”保持一致，如图4-86所示。“外部链接”属性可以在动作属性中设置，如图4-87所示。右键点击“world”，在“外部连接”窗口中就可以找到3D仿真器的输入/输出列表，如图4-88所示。默认情况下，3D仿真器不与外部软件/控制器连接。在Universe下的“连接”标签页中，通过选择一种连接器（驱动），来实现与外部软件/控制器（PLC，PLC仿真器，OPC服务器）的连接配置，如

图4-89所示。4.6.1

启动仿真要开始仿真，需要选择菜单栏中的仿真并点击“运行”，如图4-94所示4.6.2

仿真信息如果在开始时或仿真过程中出现问题（3D仿真器中的设计错误，与外部软件/控制器的通讯问题…），将会弹出一个列有确定问题的信息窗口：如图4-95所示。以下是不同颜色的含义：浅蓝Light

blue：仿真的正常操作

橙色：警告（3D仿真器的设计错误）红色：重大错误（脚本故障，连接问题…）同时会弹出第二个窗口，提示用户停止仿真（以纠正问题）或继续仿真，如图4-96所示。4.6.3

测试3D仿真器仿真过程中，可以通过强置和显示3D仿真器的输入/输出变量来测试仿真器，无论这些变量是否连接了外部软件/控制器。例如，允许在PLC程序全部完成或取得之前，或者在测试预期之外的场景之前（PLC连接中断），先测试该3D仿真器。在“仿真/调试/I/O"窗口中，用户可以访问3D仿真器的I/O监控和调试窗口。测试3D仿真器，如图4-98所示。仿真的任何时候，用户都可以访问日志窗口，位于"仿真/调试/日志

"菜单下。如图4-97所示1234.7.1

衡量图像性能衡量和优化图像性能对于一个3D仿真器来说非常重要。这些图像性能实实在在的直接影响到3D渲染的流畅度和视觉质量。一个3D仿真器的图像性能由

3D渲染窗口中每秒显示的画面帧数表示（在仿真和离线仿真过程中），这也对应了图像刷新速率。4.7.2

优化图像性能为了简化3D

CAD模型，VIRTUAL

UNIVERSE

PRO提供了一个3D几何体简化工具。有关3D集合体优化工具的更多信息，请参考简化

3D

CAD模型。优化图像性能，如图

4-100所示。4.7.3

开启设置窗口打开设置窗口后，仿真期间的图

像刷新速度会大大降低，因此仿真期

间，如果可以的话尽量让设置窗口处

于关闭状态。另一种方法就是在第二

显示器打开设置窗口（和调试窗口），这样就能让第一显示器中只有3D渲

染窗口开启。这样的话，3D仿真器的图像刷新速度（仿真期间）不会降低。设置窗口及3D渲染窗口，如图4-101所示。使用多个视角在3D仿真器中使用多个视角可

能会降低显示性能，如图4-102所示。衡量和优化3D仿真器的三个标准：图像刷新速率（3D渲染速度和流畅度）、物理引擎性能（仿真物理现象的真实程度）与外部软件/控制器的对话速度。一个3D仿真器的图像性能主要由以下因素决定：（1）显卡质量与性能（安装在电脑中，运行3D仿真器）。（2）3D几何体的复杂程度（显示在仿真器的3D渲染）。（3）3D仿真器中视角（视角）的数量。（4）仿真过程中设置窗口的打开或者关闭。当图像刷新速率始终保持在15FPS（15帧每秒）时，就认为这个3D仿真器的图像性能很好。1

4.7.4

衡量物理引擎性能了解如何衡量和优化VIRTUALUNIVERSE

PRO物理引擎可能会有所

益处，尤其是对于那些需要仿真很多物理现象的3D仿真器（物体重力，摩擦力，碰撞）。在VIRTUAL

UNIVERSE

PRO中，这些信息长久显示在3D渲染窗口的左下角。衡量物理引擎性能，如图4-103所示。2

4.7.5

优化物理引擎性能3D仿真器的物理性能主要由以下因素决定：被用来运行3D仿真器的计算机的处理器（CPU）性能。仿真过程中物理引擎所使用的3D物体的数量和形状。当物理引擎计算量在仿真期间始终高于100CPS（每秒计算100次）时，就认为这个3D仿真器的物理引擎的性能很好。计算机CPU为了让VIRTUAL

UNIVERSEPRO下3D仿真器的具有良好的物理引擎性能，推荐使用安装有强大处理器（多核）的计算机。物理引擎所使用的3D元件的形状默认情况下，当3D元件被添加到工程中时并没有被施加物理引擎，“使用物理属性”的选项处于关闭状态。为了将物理引擎的性能最佳化，建议不要声明太多被物理引擎使用的

3D元件，并尽可能的将形体类型选为“箱体”。优化物理引擎性能，如图4-104所示。2“任意”和“凸型”物体类型是那种用来在物理现象仿真下能够提供更加逼真的效果，但也极大的影响了物理引擎。开发阶段下，在Universe的属性中，通过激活“调试物理属性”模式，能够对那些被物理引擎处理的图形进行的可视化起到很大作用。调整物理属性，如图4-105所示。3

4.7.6

与外部软件/控制器对话的性能与外部软件/控制器对话的性能，由3D仿真器与外部软件/控制器共享的变量之间进行交互时所需的时间（以毫秒计）来表示。仿真期间，可以在Universe/连接/连接质量标签页找到该信息。与外部软件/控制器对话的性能，如图4-106所示。项目五3D仿真器的详细属性05任务

5.1

Universe

的属性设置窗口下可以设置3D仿真器工程的详细属性，有些属性只适用于高级用户并且需要通过激活、41“专家模式”才能设置，如图4-109所示。5.1.1

Universe的具体属性Universe的具体属性，如图5-2所示。连接

Connection驱动：定义与外部软件（与VIRTUAL

UNIVERSE

PRO通讯的软件）的连接。可以设置如下驱动：设置驱动，如图5-3所示。选项自动运行：如果为True的话，当打开工程后，仿真会自动启动。在打开工程时通过按下“Shift”键来停止自动运行。显示变量及状态（专家模式）：如果为True的话，对于包含了对应动作的3D元件，显示（在渲染窗口内）其变量名和状态。导航模式：VUP（使用鼠标进行导航）或者IRIS3D（没有鼠标的情况下，这种方式可以用按钮和方向键来进行导航）。只有框架（专家模式）：仅绘制3D元件的框架。调试物理属性：如果为true的话，3D渲染窗口下会显示物理引擎的使用量（黄色线）。这在项目的开发阶段非常有用，可以看到物理引擎所使用的量的变化。统计（专家模式）该部分提供了关于3D渲染时间、物理引擎性能和行为处理的信息。安全（专家模式）设置一个密码来限制设置窗口的访问和项目修改。5.1.2

World的具体属性World的具体属性，如图5-4所示。World的名称。窗口尺寸（专家模式）：全屏模式下渲染窗口的尺寸（像素点），在命令栏运行VIRTUALUNIVERSEPROwith/fullscreen以激活全屏模式。物理引擎（专家模式）：选择需要使用的物理引擎：默认为牛顿物理引擎.采样（0为变量）（专家模式）：物理引擎以秒为单位的采样周期，0意味着此为可变周期采样。设定天空的纹理。全局系数（专家模式）：修改尺寸，位置和速度值。默认情况下，每个轴的全局尺寸系数为100，相应的显示测量单位为毫米。长度与位置的测量单位：定义坐标系和尺寸属性所使用的单位（默认为毫米)。添加一个3D元件，光源或者视角作为world的子级。打开外部连接窗口，列出了在3D仿真器工程中所有被定义为“外部连接”的行为（在world一级）。更多有关3D仿真器输入/输出的信息请参考。外部连接窗口，如图5-9所示。4.优化打开VIRTUAL

UNIVERSE

PRO的几何形体优化工具，它允许客户简化3D仿真器中所使用的所有3D元件的几何形体（world级下）。简化3D几何形体能够提升3D渲染的效果。更多有关如何使用该优化工具的信息请参考简3D

CAD模型。优化3D仿真器图形，如图5-10所示。1

一个对象：在3D仿真工程中导入一个VIRTUAL

UNIVERSE

PRO对象（.VUfile）。一个3D文件：以标准格式（.3DS，VRML，STL，.OBJ文件等）导入3D文件到VIRTUAL

UNIVERSE

PRO3D仿真工程中。一个基本形式：可以访问VIRTUAL

UNIVERSE

PRO下的基础3D形状库。从Solidworks：可以访问Solidworks的数据导入工具。从Inventor：可以访问Inventor的数据导入工具。一个

3D文本：在文本形状中添加一个3D元件，如图5-8（a）、(b)所示。3421.添加2.导入3.外部连接World级的功能，如图5-5所示5.4.1

元件的具体属性元件的具体属性，如图5-14。元件的名称。定义一个3D文件，用来定义3D元件的几何形体和可能的文本文件。定义3D元件的初始位置，旋转（沿各轴）和比例（专家模式），旋转以角度表示（从-180度至+180度）。位置与尺寸（当前值）-运行模式与上面一项相同，但是是指当前位置。也显示相对的平移和旋转（相对于其3D父元件）、对象中心的位置和绝对旋转值（相对于World）这些属性包括了用来显示对象的设备的特性，这些特性与

IrrIicht渲染引擎直接关联。透明度：从0（无透明度）到1（完全透明）设置对象的透明度。渲染两个面（专家模式）：显示对象表面的里外面。材料（当前值）-运行模式与上面一项相同，但是是指当前的值。5.4.1

元件的具体属性元件的具体属性，如图5-14。不可选：如果为true，该3D元件不可以通过鼠标选择（适用于大型3D元件，这样可以让微小的元件能容易被选择到）。选择父级：如果为true，在点击的时候会选择其父文件而不是对象自身。磁性：磁性对象指用于自动定位和连接的3D元件。使用物理属性：如果为true，那么物理引擎会对该3D元件进行处理。如果为false，那么该

3D元件会被物理引擎忽略并且与其他3D对象没有物理性的互动。使用重力：如果为true，那么该3D元件会被赋予重力，其质量也必须不能为0。用户施加力：如果为true，那么在运行模式下，当鼠标指针在3D元件上时，用于通过按住鼠标右键并移动鼠标，能够对该对象起作用。具体示例，如图5-15所示。5.4.1

元件的具体属性元件的具体属性，如图5-14。不可选：如果为true，该3D元件不可以通过鼠标选择（适用于大型3D元件，这样可以让微小的元件能容易被选择到）。选择父级：如果为true，在点击的时候会选择其父文件而不是对象自身。磁性：磁性对象指用于自动定位和连接的3D元件。使用物理属性：如果为true，那么物理引擎会对该3D元件进行处理。如果为false，那么该

3D元件会被物理引擎忽略并且与其他3D对象没有物理性的互动。使用重力：如果为true，那么该3D元件会被赋予重力，其质量也必须不能为0。用户施加力：如果为true，那么在运行模式下，当鼠标指针在3D元件上时，用于通过按住鼠标右键并移动鼠标，能够对该对象起作用。具体示例，如图5-15所示。5.4.1

元件的具体属性5.4.2

元件级的功能元件级的功能，如图5-16所示。添加添加一个新的3D元件，光源，视角或者作为该行为的子文件的行为。删除删除3D元件（使用“此3D元件及以后”能够删除一组3D元件）。派生3D资源的在线或链式复制。如果该选项与“磁性”功能相结合，那么对于构建一个传送带产线尤其有用。导出导出一个元件（具备最终的行为和子文件）为一个可复用的VIRTUALUNIVERSE

PRO对象（.vu文件），

就像一个智能3D资源。5.4.2

元件级的功能打开外部连接窗口，列出了在3D仿真器工程中所有被定义为“外部连接”的行为（在元件一级）。打开外部连接窗口，如图5-20所示.在3D渲染窗口下显示，隐藏或排除一个3D资源.可以访问VIRTUAL

UNIVERSE

PRO的几何形体优化工具，它能够让用户对所选择的元件(包括其子文件)中的3D几何形体进行简化。简化3D几何形体能够提升3D渲染的效果。更多有关如何使用该优化工具的信息请参考简化3D

CAD模型。优化几何形体，如图5-21所示。仅显示3D渲染窗口中和工程树中所选择的对象，如图

5-22所示。将视图的中心放置在所选择的3D元件上。名称动作的名称。类型等行为的类型（具体见下文）。连接初始值：当切换到运行模式时，该值将会被复制到当前值中。可以被用作某个行为的永久激活。例如，一个脚本通过设定该属性为1，将会自仿真开始就会被无条件的执行。当前值：行为变量的当前值，该值能够从外部软件复制过来，也能反过来复制给外部软件。5.5.1

动作的具体属性动作的具体属性，如图5-23所示。5.5.2

动作类型VIRTUAL

UNIVERSE

PRO提供了多种多样的可以被应用到3D元件中的预定义行为。这些行为被分为7类，并显示在“动作类型”窗口中。动作类型，如图5-24所示。5.5.3

动作级的功能动作级的功能，如图5-37所示。外部连接：可以访问动作的外部连接窗口。5.6.1

人机交互界面的具体属性人机交互界面的具体属性，如图5-40所示。参数“位置”是用来定义人机交互界面将要出现在渲染窗口的哪个位置。“属性”设定是用来定义人机交互界面的透明度和可能的显示状况（状态的动作）。如果“可见性条件”中包含了有效的动作名称且不为0，此时人机交互界面将会显示该动作的值，否则就隐藏。这种可见性条件能够有条件的显示HMI，例如创建一个菜单系统。5.6.2

创建或修改人机交互界面创建或修改人机交互界面，如图5-41所示。5.7.1

编程功能对于“world”或“3D元件”项目，工程中的编程特性以一个或多个“控制器”子文件的形式出现。每个控制器能够包含用Ladder或者FBD/SFC（SFC与功能块）语言编写的，单页或者多页的程序（不限大小）。控制器能够读取和写入工程中各行为的值。每个控制器也能读写各控制器中的局部变量。控制器在运行模式下执行它们的程序。控制器的编程功能，如图5-47所示。通过右键点击“World”或者“3D元件”项目，可以添加一个控制器。添加控制器，如图5-48所示。5.7.2

控制器的具体属性控制器的具体属性，如图5-49所示。运行模式下，参数“仿真菜单”能够设置菜单

"仿真/调试/程序–仿真中控制器（及其包含的程序）的可见性。5.7.3

对控制器编程对控制器编程，如图5-50所示。所有语言都会使用以下三种变量：（1）动作（工程中动作的状态），引用一个动作时，可以使用完整的绝对路径或者相对路径。完整的路径会提供自World开始的一个父元件或者光源的名称。2)局部变量（变量限于每个控制器并且在同一个控制器的所有页内都适用），切换为运行模式后，局部变量被初始化为0。3）系统变量：创建程序：如图5-53所示。通过拖放项目到程序区域来创建程序，任意一个可用的线圈都可以作为第一个被放置的元件。每个新创建的项目都会自动关联一个新的局部变量。此时可以使用触点来形成网络，如图5-54所示。只可以创建简单的网络，如果需要创建更多的复杂网络，必须用局部变量将它们分解为简单网络，例如：如图5-55所示。0104通过拖放项目到程序区域来创建程序。元素与网格对齐则呈现效果更好。02

031.创建程序创建程序，如图5-63所示。3.删除链接在链接上右键点击鼠标并选择“删除”：如图5-68所示。5.删除或者复制一个或多个元件：在某个项目上右键点击鼠标并在弹出的菜单中选择：如图5-74所示。2.创建连接（1）移动光标至一个连接上（光标将变为靶标）并按住鼠标左键（不要放开左键）（2）移动光标（将显示正在创建的链接）。（3）移动光标至目标连接上（4）释放鼠标左键05

06左键点击一个项目并选中它，当一个项目被选中，可以在左下角访问其属性：如图5-69所示。4.选择项目如果按下了Shift键，则该项目会被加入到任何已被选中的项目中。如果按下了Ctrl键，则该项目会被添加进入到所选择的范围中，或者移除。123运行模式下，将显示程序的状态和左侧区域列表中局部变量的状态。如图5-78所示。双击局部变量的名字可以改变其状态。右键点击则反转其状态（将其作为布尔型变量看待）。双击局部变量的名字改变状态，如图5-78所示。如果“仿真菜单”在控制器属性中被使能，就可以在配置窗口或者"仿真/调试/程序-仿真"菜单中访问控制器程序页面。项目六图表仿真06项目七高品质视图07用法设置导航123使用菜单“File/Generate/High

Quality

View”来生成高品质视图。如图7-1所示。将会打开如下所示的高品质视图窗口：如图7-2所示。在该视图下，可以使用鼠标进行导航，与正常视图下的方法一样定义Camera的初始位置，需要先导航进入高品质视图，然后通过如下菜单使其位置生效：如图7-3所示。项目八虚拟现实08VIRTUAL

UNIVERSE

PRO使用Steam和SteamVR作为与VR头盔和控制器的接口。安装Steam，请登陆

并点击“Install

Steam”。安装Steam后，启动并点击“Library”，之后击”SteamVr“下方的“Install”。安装Steam点击Install，如图8-1所示。安装SteamVr后，就可以进入硬件设置，对此，请阅读各个硬件制造商的说明书。通过菜单“File/Generate/VR

headset

view”，来生成虚拟现实头盔视图，如图8-2(a)和(b)所

示。设置设置方法与高品质视图的设置步骤一样（参考之前的章节）Htc

Vive控制器如果使用HTC

Vive控制器，可以添加一些预定义的对象到工程中：如图8-3(a)和(b)所示可能会添加两个控制器对象，这些对象的名字将会定义它们与真实控制器的联系。这两个控制器的名字必须如下：如图8-4所示。默认情况下，两个控制器都具有如下动作：-通过触发器来激发一束激光：控制器如图8-5所示。项目九仿真服务器099.1.1

概念9.1.2

设置对于服务器而言，VIRTUAL

UNIVERSE

PRO用户和网络用户所需要的设定是不同的，每一种类型的用户，都需要定义一个接口。对于VIRTUAL

UNIVERSE

PRO用户：如图9-1所示。当VIRTUAL

UNIVERSE

PRO在PC上运行时，可以当作一个单用户或多用户使用的仿真服务器。这些用户既可以是运行VIRTUAL

UNIVERSE

PRO的Windows

PC用户，也可以是一个运行在任意设备（运行WIndows、IOS、Android等系统的

PC、MAC，智能手机和平板）上的兼容Webgl的网络浏览器。VIRTUAL

UNIVERSE

PRO的客户可以使用之前章节描述的虚拟现实头盔或者控制器。所连接的用户将显示实时的仿真，并允许与其进行互动。对于网络用户：如图9-2所示。对于触屏设备，导航工作方式如下：单指：选择或捕捉对象。两指：缩放。三指：平移。启动VIRTUALUNIVERSEPRO用户在VIRTUAL

UNIVERSE

PRO的安装目录下可以找到exe文件：vurtwp.exe用于高质量视图的用户。vurtvrwp.exe用于虚拟现实头盔视图的用户。当这些用户启动，可以通过点击如下位置来选择地址和接口：启动VIRTUAL

UNIVERSE

PRO用户，如图9-3所示。点击绿色的勾选符号，服务器的连接将初始化启动网络客户通过任意浏览器就可以很