机电产品数字孪生技术及应用(NX MCD) 课件全套 第1-9章 UG介绍、MCD介绍-工业机器人集成系统

机电产品数字孪生技术及应用《机电概念设计与仿真》针对机械电子工程本科专业开设，培养学生熟悉UG常用三维实体建模、装配命令，综合运用三维CAD技术、运动仿真技术、PLC控制技术，结合典型工程案例，循序渐进地掌握各类机构设计和分析方法，为今后的相关课程学习打下基础。1课程介绍1课程介绍问：数字化孪生技术和UG之间有什么关系？答：UG软件提供了一个基本虚拟产品开发环境，使产品开发从设计到真正的加工实现了数据的无缝集成，可以较好的优化企业的产品设计与制作；实现知识驱动和利用知识库进行建模。问：智能制造系统和数字化双胞胎技术之间的关系？答：智能制造系统首先需要感知、建模，然后才能分析推理。因此，如果没有数字化双胞胎技术对现实生产体系的准确模型化描述，则难以构建后续的智能制造系统。问：什么是数字孪生技术？答：数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。1课程介绍1教学项目学习目标简单机械臂掌握UG创建三维实体模型的方法；掌握零件装配方法；UG工程图绘制方法；扭尾机械手运动仿真强化UG三维模型、装配方法；MCD机电对象刚体、运动副设置方法；6轴机器人强化MCD机电对象刚体、运动副设置；运动控制器设置；机器人路径规划；控制面板弹簧阻尼器、显示更改器设置；运行时表达式、仿真序列；机器人搬运站深化MCD机电对象刚体、运动副设置；深化运动控制器设置；路径规划；深化仿真序列；视觉检测站深化对象源、对象收集器、对象变换器；深化运行时表达式；PLCSIM虚拟调试机器人冲压站精通MCD机电对象设置；仿真序列；进图PLC与MCD联调技术。课程介绍1教学项目学习目标简单机械臂掌握UG创建三维实体模型的方法；掌握零件装配方法；UG工程图绘制方法；扭尾机械手运动仿真强化UG三维模型、装配方法；MCD机电对象刚体、运动副设置方法；6轴机器人强化MCD机电对象刚体、运动副设置；运动控制器设置；机器人路径规划；控制面板弹簧阻尼器、显示更改器设置；运行时表达式、仿真序列；机器人搬运站深化MCD机电对象刚体、运动副设置；深化运动控制器设置；路径规划；深化仿真序列；视觉检测站深化对象源、对象收集器、对象变换器；深化运行时表达式；PLCSIM虚拟调试机器人冲压站精通MCD机电对象设置；仿真序列；进图PLC与MCD联调技术。课程介绍1教学项目学习目标简单机械臂掌握UG创建三维实体模型的方法；掌握零件装配方法；UG工程图绘制方法；扭尾机械手运动仿真强化UG三维模型、装配方法；MCD机电对象刚体、运动副设置方法；6轴机器人强化MCD机电对象刚体、运动副设置；运动控制器设置；机器人路径规划；控制面板弹簧阻尼器、显示更改器设置；运行时表达式、仿真序列；机器人搬运站深化MCD机电对象刚体、运动副设置；深化运动控制器设置；路径规划；深化仿真序列；视觉检测站深化对象源、对象收集器、对象变换器；深化运行时表达式；PLCSIM虚拟调试机器人冲压站精通MCD机电对象设置；仿真序列；进图PLC与MCD联调技术。课程介绍1教学项目学习目标简单机械臂掌握UG创建三维实体模型的方法；掌握零件装配方法；UG工程图绘制方法；扭尾机械手运动仿真强化UG三维模型、装配方法；MCD机电对象刚体、运动副设置方法；6轴机器人强化MCD机电对象刚体、运动副设置；运动控制器设置；机器人路径规划；控制面板弹簧阻尼器、显示更改器设置；运行时表达式、仿真序列；机器人搬运站深化MCD机电对象刚体、运动副设置；深化运动控制器设置；路径规划；深化仿真序列；视觉检测站深化对象源、对象收集器、对象变换器；深化运行时表达式；PLCSIM虚拟调试机器人冲压站精通MCD机电对象设置；仿真序列；进图PLC与MCD联调技术。课程介绍1教学项目学习目标简单机械臂掌握UG创建三维实体模型的方法；掌握零件装配方法；UG工程图绘制方法；扭尾机械手运动仿真强化UG三维模型、装配方法；MCD机电对象刚体、运动副设置方法；6轴机器人强化MCD机电对象刚体、运动副设置；运动控制器设置；机器人路径规划；控制面板弹簧阻尼器、显示更改器设置；运行时表达式、仿真序列；机器人搬运站深化MCD机电对象刚体、运动副设置；深化运动控制器设置；路径规划；深化仿真序列；视觉检测站深化对象源、对象收集器、对象变换器；深化运行时表达式；PLCSIM虚拟调试机器人冲压站精通MCD机电对象设置；仿真序列；进图PLC与MCD联调技术。课程介绍1教学项目学习目标简单机械臂掌握UG创建三维实体模型的方法；掌握零件装配方法；UG工程图绘制方法；扭尾机械手运动仿真强化UG三维模型、装配方法；MCD机电对象刚体、运动副设置方法；6轴机器人强化MCD机电对象刚体、运动副设置；运动控制器设置；机器人路径规划；控制面板弹簧阻尼器、显示更改器设置；运行时表达式、仿真序列；机器人搬运站深化MCD机电对象刚体、运动副设置；深化运动控制器设置；路径规划；深化仿真序列；视觉检测站深化对象源、对象收集器、对象变换器；深化运行时表达式；PLCSIM虚拟调试机器人冲压站精通MCD机电对象设置；仿真序列；进图PLC与MCD联调技术。课程介绍1教学项目学习目标简单机械臂掌握UG创建三维实体模型的方法；掌握零件装配方法；UG工程图绘制方法；扭尾机械手运动仿真强化UG三维模型、装配方法；MCD机电对象刚体、运动副设置方法；6轴机器人强化MCD机电对象刚体、运动副设置；运动控制器设置；机器人路径规划；控制面板弹簧阻尼器、显示更改器设置；运行时表达式、仿真序列；机器人搬运站深化MCD机电对象刚体、运动副设置；深化运动控制器设置；路径规划；深化仿真序列；视觉检测站深化对象源、对象收集器、对象变换器；深化运行时表达式；PLCSIM虚拟调试机器人冲压站精通MCD机电对象设置；仿真序列；精通PLC与MCD联调技术。课程介绍数字孪生介绍1教室1教室2实训室1实训室2物理世界数字孪生数据流决策流数字孪生的实质是建立现实世界物理系统的虚拟数字镜像，包含产品数字化、设备数字化、工艺流程数字化、PLM、MES、TIA等从技术角度，数字孪生集成了建模与仿真、虚拟现实，物联网、云边协同以及人工智能等技术。谢谢您的聆听!NX介绍UGNX软件提供了一个基本虚拟产品开发环境，使产品开发从设计到真正的加工实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制作；实现了知识驱动和利用知识库进行建模，同时能自上而下进行设计子系统和接口，是完整的系统库的建模。

UG基于特征的建模方法，采用参数控制。

1NX介绍

机电一体化概念设计解决方案（MCD）将机械自动化与电气和软件结合起来，包括机械，机电，传感器，驱动等多个领域部件的概念设计，工程师们可用于新产品集成管理，机械设计，电气，自动化等专业概念的3D建模和仿真，提供了机电设备设计过程中硬件在软件环境中仿真调试，通过虚拟设备与PLC连接，对产品可靠性进行虚拟调试。MCD可加快机械、电气和软件设计等学科产品的开发速度，是工作领域中不可或缺的工具。设计迭代产生的误差进一步降低，成为一个综合各学科领域的研发平台。

1NX介绍1NX介绍1问：问什么在有的教材或课程中称呼该软件为UG，有的则称呼为NX，还有的称之为UGNX？答：UG，NX和UGNX表征的都是同一款软件，UG是经过了多次被收购（最后被西门子收购），逐步演变成现在的UGNX或NX，所以UG跟NX本质上同一软件，只是版本不一样而已。问：MCD是什么，他和UG之间的关系是？答：MCD（机电一体化概念设计）是UG软件中的一个模块。该模块可以将机械自动化与电气和软件结合起来，组包括机械、机电、传感器、驱动等多个领域部件的概念设计，工程师们可以用于新产品集成管理，机械设计，电气，自动化等专业概念的3D建模和仿真，提供了机电设备设计过程中硬件在环境中仿真调试，通过虚拟设备与PLC连接，对产品可靠性进行虚拟调试。NX介绍启动UG通过双击桌面UG快捷方式图表，或者单击“开始”

“SiemensNX”

“NX”命令，即可启动UG，进入开始界面。

1UG欢迎界面NX介绍新建零件文件单击“文件”→“新建”命令，弹出“新建”对话框，新建模型文件。

1“新建”对话框NX介绍打开零件文件单击“文件”→“打开”命令，弹出“打开”对话框，可以打开已有文件，支持的文件类型包括：部件文件.prt、用户自定义特征文件.udf、SolidEdge装配文件.asm、SlidEdge部件文件.par、SolidEdge钣金文件.psm和书签.bkm等。

1打开模型文件NX介绍11.标题栏4.导航栏2.工具栏3.菜单栏5.绘图区6.状态栏NX介绍文件——首选项——用户界面——布局：定制修改部件颜色常用菜单命令菜单——工具——定制菜单——格式——图层设置显示/隐藏编辑截面选择对象

1NX介绍11.用户界面首选项单击“文件”→“首选项”→“用户界面”命令，弹出“用户界面首选项”对话框，如下图所示。用户界面首选项对话框Tips:①用户可以按照个人绘图习惯对相关设置进行修正，例如可以在“主题”

“类别”改为“经典”，则整体主题呈现出黑色—和低版本UG的操作界面相统一；②修正设置后，需要单击“应用”才能设置的应用。NX介绍12.定制工具菜单定制工具菜单需要进入“定制”对话框（如下左图所示），有两种路径可以进入此对话框，分别为：①单击“菜单”

“工具”

“定制”命令；②单击“绘图区”右上角的“小三角”图标。单击定制对话框Tips:①可以定制菜单栏里面的按钮内容；②可以定制快捷按键；②可以定制工具栏里面的工具内容；③可以定制图标大小和工具是否显示。NX介绍13.图层图层是为了便于我们在设计时对部件的管理，通常将各个部件放在不同的工作层中进行设计、编辑及保存等操作。如果要对某个部件进行编辑修改，只需将部件所在图层设置为当前的工作图层。图层编辑路径Tips:①也可以通过单击“菜单”→“格式”→“图层设置”命令，进入“图层设置”对话框；NX介绍14.显示与隐藏单击“视图”→“显示和隐藏”命令或通过快捷键“Ctrl+W”，弹出“显示和隐藏”对话框，在类型树中显示不同类型对象，单击“+”按钮显示指定类型对象，单击“-”按钮，隐藏指定类型对象，单击“关闭”按钮，关闭对话框，Tips:当机构复杂，存在较多的部件相互交叠时，建议使用图层，当重复交叠的部件较少时，建议使用隐藏与显示；显示与隐藏对话框NX介绍15.视图剖视单击“视图”→“编辑截面”命令，弹出“视图剖视”对话框，设置“截面名”，选择截面方向，可以通过偏置数值来调节截面位置，单击“确定”按钮，生成截面。视图剖切对话框NX介绍16.用户默认设置“菜单”

“文件”

“实用工具”颜色详细色号用户默认设置对话框NX介绍鼠标左键：点选；左键是使用率最高的，打开软件，选择工具，选择对象都用到它。在工作区点击则弹出一组快捷键，可要据需要选择使用，比再从菜单栏选用快多了；鼠标右键：点击；在工作区点击则会弹出更多的快捷菜单选择，可据需要选择使用；在菜单栏点击，则会弹出自定义菜单选项，可进行菜单界面设置。长按右键则会弹热键快捷键；鼠标中键：长按，在工作区内会旋转对象视图，这也是最常用的。滚动滚轮，工作区内的对象视图会进行收缩；还有一种就是组合键。中键+左键（Ctrl），缩放视图，中键+右键（Shift），移动视图。Shift+左键，取消；

1左键（MB1）选择和编辑图形中键（MB2）缩放/旋转/“OK”右键（MB3）显示右键菜单三维建模/草图绘制

21.创建草图①电脑自带三个互相垂直的面，即XY/XZ/YZ平面；②曲线-创建草图，草图属于二维平面；③指定平面的时候可以创建一个平面和指定参考方向草图创建对话框Tips:①点生线，线生面，面生实体，所以，草图的创建与绘制常常作为前置工作出现在拉伸、旋转特征创建中。②草图方向是用来确定草图中X轴的方向，该方向可以和基准坐标系的X轴方向不一致。1.绘图工具2.约束工具3.捕捉工具进入草图后的工具栏界面三维建模/草图绘制

22.绘制草图（直线和圆）①需要开启“捕捉”，自动添加约束打开；②可以先绘制图形，后标注尺寸，运用尺寸来驱动元素，称为参数化；③尺寸可以输入数值或者算式；④可以自定义添加约束关系；如何固定（直线和圆）:①通过尺寸表注，固定直线/圆到基准线的距离。②通过约束工具，将直线/圆通过多种范式的约束，进行固定。直线的绘图与固定Tips:①如右图所示，我们直接表注的尺寸，以“深蓝色”进行表征；②自动尺表注的尺寸，则以“咖啡色”进行表征；③如右图所示，当前直线在Y周方向仍然存在一个自由度。坐标/极坐标形式输入点信息圆的两种确定方式三维建模/草图绘制

23.绘制草图（约束工具）UG中有两种范式的约束工具分别为：尺寸约束和几何约束。①尺寸约束就是为草图标注尺寸，使草图满足设计要求并让草图固定。②几何约束一般用于定位草图对象和确定草图对象之间的关系。两种约束的对话框如下图所示。几何约束对话框要约束（移动）的曲线约束到（相对固定）的曲线将鼠标放在特定约束工具上，会有提示约束方法和约束内容尺寸约束对话框三维建模/草图绘制

24.绘制草图（练习题）运用直线/圆工具、草图约束工具绘制右侧草图；Tips:①优先绘制基准线条；②优先绘制具有确定位置和尺寸信息的曲线；③信息不全的曲线，借助草图约束进行固定；④该练习题建议按照一定顺序（上而下，左而右）绘制；三维建模/草图绘制

2三维建模/草图绘制25.拉伸特征拉伸命令用于沿着矢量拉伸截面来创建特征。在特征组中单击拉伸按钮，弹出拉伸对话框。①表区域驱动（截面）：截面是指拉伸特征的截面曲线，他可以是开放的曲线（拉伸成为片体），也可以是闭合曲线（拉伸成为体）；②方向：确定拉伸矢量方向及更改拉伸矢量方向；③限制：确定拉伸方式，拉伸方式包括“值”、“对称值”，“直至选定”，“直至延伸部分”和“贯通”；三维建模/草图绘制2三维建模/草图绘制27.旋转特征旋转命令用于通过绕轴旋转来创建特征。在“特征”组中单击“旋转”按钮，弹出“旋转”对话框，如下图所示：旋转需要提前绘制好旋转轴，并且绘制草图只需要绘制一半即可三维建模/草图绘制2三维建模/草图绘制2工程图绘制24.二维工程图绘制利用UG的Modeling功能构建的零件和装配模型，可以被导引到UG制图（工程图）功能中，以快速地生成二维工程图，由于UG工程图是基于三维实体模型的二维投影所得到的二维工程图，因此工程图与三维实体模型是完全关联的。也就是说，实体模型的尺寸、形状和位置的任何改变，都会引起二维工程图发生实时变化。①图纸的创建装配210.装配UG装配过程是在装配中建立部件之间的链接关系，并通过装配条件在部件之间建立约束关系来确定部件在产品中的位置。在装配中，部件的几何体是被应用到装配中的，而不是复制到装配中的。相关概念：①子装配。子装配是在高一级装配中被用作组件的装配，子装配也拥有自己的组件。子装配是一个相对的概念，任何一个装配部件都可以再更高级的装配中作为子装配。②组件。组件是装配中组件对象所指向的部件文件，组件可以是单个部件，也可以是一个子装配。组件是被引用到装配部件中的，而不是复制到装配部件中的。③主模型。主模型是供UG软件各模块共同引用的部件模型。同一主模型可同时被工程图、装配、加工、机构分析和有限元分析等模块引用，而主模型被修改时，相关应用会自动更新。谢谢您的聆听!机电产品数字孪生技术及应用MCD环境介绍启动MCD1.新建2.应用模块常用菜单和工具条

2.1机电导航器：在MCD中创建的对象都添加到机电导航器中，在机电导航器中MCD对象被分在不同的文件夹中，例如刚体放在基本机电对象文件夹。通过机电导航器，我们可以：显示part中存在的MCD对象根据名字或者类型排序对选中的对象进行操作通过Contianer组织MCD模型显示MCD对象所属的part

MCD环境介绍2.1运行时察看器：将MCD对象添加到运行时察看器中，在仿真的过程中，利用运行时察看器监测值的变化。通过运行时察看器，我们可以：监测对象参数值的变化修改对象参数值对整型和双精度型数值进行画图，导出和录制操作恢复快照

MCD环境介绍2.1

运行时表达式：在MCD中创建的运行时表达式都将添加到运行时表达式导航器中。注：1.运行时表达式导航器只显示当前工作部件的运行时表达式。

MCD环境介绍2.1

仿真序列编辑器：仿真序列编辑导航器中显示机械系统中创建的所有‘仿真序列’。用于管理‘仿真序列’在何时或者何种条件下开始执行，用来控制执行机构或者其他对象在不同时刻的不同状态。复合仿真序列基于事件的仿真序列基于时间的仿真序列组基于事件的仿真序列与另一个仿真序列相连链接器暂停仿真序列

1245637MCD环境介绍2.1文件->实用工具->用户默认设置首选项->机电概念设计首选项

MCD环境介绍2.1谢谢您的聆听!机电产品数字孪生技术及应用建模装配2部件4个：底座1，手臂2，销钉3，手指4。4个部件通过装配组成装配体建模装配21、底座1建模装配21、底座1建模装配21、底座1（1）创建草图选择【菜单】→【插入】→【在任务环境中绘制草图】命令。建模装配21、底座1（2）拉伸选择【菜单】→【插入】→【设计特征】→【拉伸】命令。建模装配21、底座1（3）创建草图选择【菜单】→【插入】→【在任务环境中绘制草图】命令。建模装配21、底座1（4）拉伸选择【菜单】→【插入】→【设计特征】→【拉伸】命令。建模装配21、底座1（5）创建草图选择【菜单】→【插入】→【在任务环境中绘制草图】命令。建模装配21、底座1（6）拉伸选择【菜单】→【插入】→【设计特征】→【拉伸】命令。建模装配21、底座1（7）孔选择【菜单】→【插入】→【设计特征】→【孔】命令。建模装配

手臂建模建模装配建模装配22、手臂2（1）创建草图选择【菜单】→【插入】→【在任务环境中绘制草图】命令。建模装配22、手臂2（2）拉伸选择【菜单】→【插入】→【设计特征】→【拉伸】命令。建模装配22、手臂2（3）创建草图选择【菜单】→【插入】→【在任务环境中绘制草图】命令。建模装配22、手臂2（4）拉伸选择【菜单】→【插入】→【设计特征】→【拉伸】命令。建模装配22、手臂2（5）创建草图选择【菜单】→【插入】→【在任务环境中绘制草图】命令。建模装配22、手臂2（6）拉伸选择【菜单】→【插入】→【设计特征】→【拉伸】命令。建模装配23、销钉3建模装配23、销钉3（1）创建草图选择【菜单】→【插入】→【在任务环境中绘制草图】命令。建模装配23、销钉3（2）拉伸选择【菜单】→【插入】→【设计特征】→【拉伸】命令。建模装配23、销钉3（3）拉伸再次单击【拉伸】命令，选择的曲线为下图箭头所示直径为30的圆的边，指定的矢量为Z轴，开始的距离为0，结束的距离为50，布尔选择求和，偏置选择单侧，值为-6，单击完成。建模装配2手指建模建模装配2手指建模建模装配24、手指4（1）创建草图选择【菜单】→【插入】→【在任务环境中绘制草图】命令。建模装配24、手指4（2）拉伸选择【菜单】→【插入】→【设计特征】→【拉伸】命令。建模装配24、手指4（3）再次拉伸

选择曲线的类型为单条曲线，然后把后面的在连接处停止按钮打开，指定的矢量为Z轴，开始值为0结束值为25，布尔选择求和，如下图所示。建模装配24、手指4（4）阵列曲线

选择【菜单】→【插入】→【设计特征】→【阵列特征】命令。建模装配机械臂装配部件4个：底座1，手臂2，销钉3，手指4。4个部件通过装配组成装配体建模装配24、机械臂装配（1）添加部件选择【装配】→【添加】命令，打开部件底座，选择放置的位置为绝对原点。建模装配24、机械臂装配（2）装配约束选择【插入】→【装配】→【组件位置】→【装配约束】命令，选择的类型为固定，要约束的几何体为底座，完成后单击“确定”按钮。建模装配24、机械臂装配（1）手臂装配单击【添加】，打开部件手臂，选择放置的位置为通过约束，单击“确定”。建模装配24、机械臂装配选择的装配约束为同心，选择的对象为箭头所示的两个圆，完成后单击“确定”。建模装配24、机械臂装配（2）销钉装配单击【添加】，打开部件销钉2，选择放置的位置为通过约束，选择的装配约束为同心，操作过程同（1）手臂装配。继续添加手臂和销钉（后面的销钉都为销钉1），直到最后得到如图所示的装配图。建模装配24、机械臂装配（3）手指装配单击【添加】，打开部件手指，选择放置的位置为通过约束，单击“确定”按钮，选择的装配类型为同心，选择箭头所示的两个圆，完成；同样的操作完成另一手指装配。建模装配24、机械臂装配选择【移动组件】，选择的组件为刚刚添加的两个手指，选择的运动为角度，指定的矢量为Y轴指定的轴点为箭头所示的点的圆心，角度为-90，单击“确定”按钮。数字化双胞胎机电对象1.刚体几何零件通过定义为刚体组件，赋予质量等物理属性，从而在外部力驱动下进行运动，如受到重力落下，如果几何体没有定义为刚体，是无法移动的。刚体具有以下物理属性：重心位置和方向平移和转动速度质量和惯性

2.2机电对象1.刚体2.2参数定义选择对象选择被定义为刚体的几何对象（可选择多个）质量属性自动：根据对象属性自动计算刚体的重量和惯性矩（自动方式下文本框为灰色不可输入）用户自定义：用户在对应文本框中手工输入质量和惯性矩刚体颜色指定颜色，可根据需要指定刚体颜色无，刚体显示为白色标记选择对应的标记表单，在仿真时可通过读写设备命令修改物料属性名称设置刚体名称运动副2.固定副自由度为零的固定关节，一般用于以下操作：将刚体连接到地面上；将两个刚体固定连接到一起，被连接刚体跟随连接件一起运动。注意：若组件中全为刚体，必须定义一个固定副。

3运动副2.固定副

3参数定义选择连接件选择需要连接到固定约束的刚体选择基本件选择连接件连接到的刚体，若为空，则连接件连接到背景名称设置固定副名称运动副3.铰链副组成铰链副的两关节绕某一轴进行相对转动，不允许两者在任何方向进行平移运动。

3参数定义选择连接件选择需要连接到铰链关节的刚体选择基本件选择连接件连接到的刚体，若为空，则连接件连接到背景指定轴矢量指定铰链副旋转轴指定锚点指定旋转轴中心点起始角仿真开始时连接件相对基本件的初始角度限制可在文本框中输入旋转运动的上下限制角度名称设置铰链副名称运动副4.滑动副定义为滑动副的两个构件只能沿一个方向相对线性移动，不允许旋转运动。

3参数定义选择连接件选择被滑动副约束的刚体选择基本件选择连接件连接到的刚体，如果为空，连接件连接到背景轴和偏置指定轴矢量：定义滑动副运行的方向矢量。偏置：定义连接件相对基本件的初始位置限制使能并定义滑动副运动的上下限距离名称设置滑动副名称运动副5.齿轮副使用齿轮副命令连接两个轴运动副，使它们以固定的比例传递运动。

对于齿轮副：所选择的两个轴运动副必须共有同一个基本件齿轮副的传动比为轴运动副的速度比齿轮副并未考虑接触力，例如齿轮齿之间的摩擦力

3运动副5.速度控制

驱动运动副的刚体以指定的速度运动，既可以用于旋转运动也可用于线性运动。可通过添加传感器信号用于停止运动。为创建更真实的运动仿真，可采用以下方法：对驱动器添加加速度和力限制；通过信号控制速度控制驱动器的力或力矩；将速度控制用于传输面，通过信号进行启停。

3运动副5.速度控制

3参数定义选择对象选择需要添加速度控制的运动副轴类型线性：当选择的运动副为线性运动时选择角度：当选择的运动副为旋转运动时选择约束当线性运动时，在文本框中输入速度约束值，单位为mm/s，并可勾选“限制加速度”和“限制力”。当旋转运动时，在文本框中输入速度约束值，单位为。/s，并可勾选“限制加速度”和“限制扭矩”名称设置速度控制名称运动副5.位置控制

驱动运动副的刚体以一定的速度运动到指定的位置，既可以用于旋转运动，旋转到指定角度；也可用于线性运动移动到指定位置。为创建更真实的运动仿真，可采用以下方法：应用到传输面，在指定位置停止；添加信号，控制位置控制器的力或扭矩；勾选“来自外部的数据”，停用位置和速度约束，从而使用反向运动学控制运动副运动。

3运动副5.位置控制

3运动副5.位置控制

3参数定义选择对象选择需要添加位置控制的运动副轴类型线性：当选择的运动副为线性运动时选择角度：当选择的运动副为旋转运动时选择约束角路径选项：当旋转运动时显示，选项包括：沿最短路径、顺时针旋转、逆时针旋转、跟踪多圈源自外部的数据：勾选时取消激活“约束”组参数，通过外部控制器控制运动副运动目标：在文本框中指定目标位置，线性运动时单位为mm；旋转运动时单位为。速度：在文本框中指定运动速度，线性运动时单位为mm/s，旋转运动时单位为。/s线性运动时可勾选限制加速度和限制力；旋转运动时，可勾选限制加速度和限制扭矩名称设置位置控制名称运动副6.柱面副使用柱面副命令在两个刚体之间建立一个关节，允许两个自由度：一个沿轴线的平移自由度和一个沿轴线旋转的自由度。通过柱面副，两个刚体可以沿轴线转动和平移。37.球副使用球副命令在两个刚体之间建立一个关节，允许三个转动的自由度：X,Y,Z三个轴向的转动。运动副8.运动曲线

使用运动曲线命令定义主轴和从轴的运动关系。运动曲线用来定义机械凸轮或者电子凸轮耦合副。

循环类型：3MasterSlaveOnecyclea.相对循环‘从轴’的起点和终点可以不重合，但是起点和终点的斜率和曲线必须一致MasterSlaveOnecycleb.循环‘从轴’的起点和终点的大小和曲率必须一致c.非循环只循环一次MasterSlaveOnecycle运动副9.机械凸轮机械凸轮连接主轴和从轴，主轴通过运动曲线定义的运动关系驱动从轴运动。从轴的作用力会通过机械凸轮反馈给主轴。

3机电产品数字孪生技术及应用机电对象1.碰撞体碰撞体定义了几何对象发生碰撞的方式，只有两个几何对象都定义了碰撞体，才会发生碰撞，或者会互相穿透。碰撞体可以定义多种碰撞形状和几何精度，几何精度越高，不稳定性越高，为了降低不稳定性和提高运行性能，建议使用简单的碰撞形状。2.2机电对象1.碰撞体2.2机电对象1.碰撞体2.2参数定义选择对象选择被定义为碰撞体的几何对象（可选择多个）碰撞形状定义碰撞体形状，选项包括：方块、球、圆柱、胶囊、凸多面体、多个凸多么体、网格面形状属性设置定义碰撞属性的方法：自动自动计算碰撞属性参数用户定义可在文本框中输入需要的碰撞体尺寸等参数碰撞材料定义碰撞体的材料，可新建需要的碰撞体材料类别相同类别的碰撞体才会发生碰撞，默认类别“0”，与所有类别发生碰撞碰撞设置设置发生碰撞时，碰撞体是否高显，以及是否粘连在一起名称设置碰撞体名称机电对象2.传输面通过添加传输面物理属性，将平面转换为传送带，沿直线或曲线路径移动平面上的几何对象。2.2参数定义选择面选择被定义为传输面的平面运动类型定义传输面运动类型，选项包括：直线，圆指定矢量定义传输面运动方向速度平行：定义指定方向的速度垂直：定义垂直于指定方向的速度起始位置平行：定义指定方向的起始位置垂直：定义垂直于指定方向的起始位置名称设置传输面名称机电对象3.碰撞传感器通过添加碰撞传感器，监控仿真过程中的碰撞情况，可以选择不同形状作为检测区域。碰撞传感器一般用于以下操作：触发仿真序列的启动或停止；触发运行时参数的更改。如：速度控制器的速度；触发运行时表达式中的计数器；触发刚体交换；触发可视化特征变化。2.2机电对象4.碰撞传感器2.2参数定义选择对象选择被定义为碰撞传感器的几何对象碰撞形状定义碰撞检测区域形状，选项包括：方块、球、直线、圆柱形状属性定义计算碰撞区域的方法，选项包括：自动：自动计算碰撞区域参数；用户定义：可输入需要的参数，如：指定点：定义碰撞区域的中心点；指定坐标系：定义碰撞区域的参考坐标系；尺寸参数：根据碰撞形状变化而变化名称设置碰撞传感器名称机电对象4.对象源利用对象源创建一个重复的部分来模拟生产线。使用对象可以根据时间延迟或者激活事件来复制特定的几何图形。对象源的触发有两种方式：基于时间：根据设定的时间间隔来复制几何图形每次激活时一次：对象源的属性‘活动的’每变成true一次复制一次几何图形2.2机电对象5.对象变换器对象变换器提供了在仿真过程中将刚体的形状由一个形状改变成另外一个形状的能力。6.对象收集器当对象源生成的对象接触到对象收集器时，从当前场景中消除这个对象。2.2机电产品数字孪生技术及应用运动副3仿真知识点1.运动副2.位置控制什么是机器人？运动副3什么是机器人？运动副3什么是机器人？运动副3什么是机器人？运动副3什么是机器人？运动副3机器人定义机器人定义美国机器人协会(RIA)国际标准化组织(ISO)日本工业机器人协会(JIRA)运动副3机器人定义机器人特征仿生自动柔性智能运动副3工业机器人定义工业机器人是一种能模拟人的手、臂的部分动作,按照预定的程序、轨迹及其它要求,实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。运动副3工业机器人应用运动副3执行机构一种具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或执行其他操作的机械装置，通常包括：机座、手臂、手腕和末端执行器；运动副3执行机构机座：工业机器人的基础部件，承受相应的载荷，机座分为固定式和移动式两类。手臂：支承手腕和末端执行器的部件。它由动力关节和连杆组成，用来改变末端执行器的空间位置。手腕：连接手臂和末端执行器的部件，用以调整末端执行器的方位和姿态。末端执行器：是机器人直接执行工作的装置，可安装夹持器、工具、传感器等。运动副3自由度123456123456运动副31.固定副自由度为零的固定关节，一般用于以下操作：将刚体连接到地面上；将两个刚体固定连接到一起，被连接刚体跟随连接件一起运动。注意：若组件中全为刚体，必须定义一个固定副。

运动副31.固定副

运动副3运动副2.路径约束运动副

通过创建一系列路径上的点，控制刚体按指定姿态运动到指定位置上，应用于模拟机器人的运动路径规划。

3参数定义选择连接件选择需要添加路径约束运动副的刚体路径类型选择所创路径的坐标系类型，选项包括：基于坐标系、基于曲线选择曲线当路径类型为基于曲线时显示，选择指定曲线添加新集添加运动路径上的点名称设置路径约束运动副名称运动副3.反算机构驱动

自动创建一系列对象运动路径，并进行优化。

3参数定义选择对象选择需要添加反算机构驱动的刚体起始位置选择刚体初始参考点和初始参考方位目标位置添加刚体运动路径上的一系列点及对应的方位（欧拉角）避碰勾选时，计算路径轨迹自动避障生产轨迹生成器勾选时，运动结束后生产运动轨迹线名称设置反算机构驱动名称机电产品数字孪生技术及应用仿真序列1.仿真序列仿真序列是MCD中的控制对象，几乎可以控制MCD系统中的所有对象。在MCD定义的仿真对象中，每个对象都有一个或者多个参数，在仿真的过程中这些参数可以通过创建仿真序列在指定的时间点或特定激活事件时修改数值。

触发对象参数更改；暂停仿真模拟。与PLC输入、输出信号绑定，实现联调。4仿真序列1.仿真序列4123456参数定义序列类型设置创建序列的类型，选项包括：仿真序列、暂停仿真序列选择对象选择被仿真序列控制的对象时间仿真序列持续的时间运行时参数显示可访问的运行时参数列表设置：勾上表示可修改此参数选择对象选择用于创建控制仿真序列执行的条件表达式对象，名称设置仿真序列名称仿真序列1.仿真序列4123456使用技巧：1)如果选择的对象关联到一个刚体上，例如选择的对象是一个固定副，那用户可以重新指定刚体，或者动态的从一个碰撞传感器区域获取一个刚体。2)如果修改的参数是一个数值或者布尔值，比如速度，那么用户可以修改运算符来实现不同的运算效果。现有的运算符号有a):=是覆盖之前的值b)+=是添加等号后面的值c)-=是减去等号后面的值d)*=是乘以等号后面的值e)not取反机电产品数字孪生技术及应用运行时1.弹簧阻尼器弹簧阻尼器应用弹簧力对关节施加力或扭矩，设置“松弛位置”指定力为零的位置。5参数定义选择对象选择添加弹簧阻尼的运动副，可选择铰链副或滑动副参数弹簧常数：设置弹簧的刚度阻尼：设置阻尼系数松弛位置：设置不应有弹簧力的位置名称设置弹簧阻尼器名称运行时2.显示更改器显示更改器在模拟过程中，可以更改对象的显示特性，如颜色、透明度、可见性等。5参数定义选择对象选择被更改显示特性的对象执行模式定义对象显示特性变化的频率颜色可在颜色对话框中设置显示特性变化后，对象的颜色半透明设置显示特性变化后，对象的透明度可见性设置发显示特性变化后，对象是否可见名称设置显示更改器名称运行时3.运行时表达式运行时表达式命令是用于创建仿真过程中用于定义某些特征的算术或者条件公式。运行时表达式一般可以用来：在仿真过程中为两个运行时参数建立数学关系，例如：将轴1速度扩大两倍赋值给轴2在仿真过程中建立的数学函数运算，例如：取最大，最小值。建立条件语句赋值5运行时3.运行时表达式5123要赋值的参数选择需要赋值的对象，并在属性列表中选择要赋值的参数例如选择一个速度控制，此时属性列表中列出可改的参数如下输入参数选择输入对象，并选择输入对象的参数名称，点击‘添加参数’则输入参数会会添加到参数列表中。这里参数可以多次添加。表达式表达式名称：创建的运行时表达式公式：输入表达式的公式，这里的公式可以使用输入参数列表和系统表达式的参数机电产品数字孪生技术及应用仿真序列机电对象4仿真序列机电对象4仿真序列仿真序列4开始取料轨迹取料放料轨迹放料结束仿真序列1.取料仿真4仿真序列2.传输仿真4仿真序列3.冲压仿真4仿真序列4.放料仿真4机电产品数字孪生技术及应用虚拟调试6MCD内部信号PLC外部信号12输入信号输出信号虚拟调试1.信号主要用于将信号连接到MCD对象，以控制运行时参数或者输出运行时参数状态。你可以创建布尔型、整数型和双精度型信号。利用信号可以在MCD内部控制机械运动，你也可以将这些MCD信号用于跟外部信号的数据交换。MCD信号与外部信号连接目前支持以下协议：OPCDA、OPCUA、PLCSIMAdv、Profinet、SHM、TCP、Matlab等。6虚拟调试1.信号6123连接运行时参数：勾选表示信号与MCD对象直接关联，取消勾选表示信号不与任何MCD对象有直接关联选择机电对象：当1勾选上之后选择机电对象，这里可以指定：参数名称IO类型数据类型初始值名称：用户可以自己指定信号名称，或者从下拉菜单中选择信号名称注：信号名称不得重复从下拉菜单中选择的信号名称，信号的数据类型必须和对话框中的设置一致虚拟调试2.信号适配器主要用于将信号通过公式的计算连接到MCD对象，并在机电导航器中创建信号对象，用于连接OPC、PLCSIMAdv等外部服务器信号：6参数定义选择机电对象选择包含要添加到信号适配器的参数的机电对象参数名称显示选择的机电对象包含的参数添加参数在参数列表中显示添加的参数及其所有属性值，并允许更改这些值信号在信号列表中显示添加的信号及其所有属性值，并允许更改这些值公式在公式列表中显示为勾选“指派为”的信号和参数分配的公式，公式输入方法包括：手动编辑、插入函数、条件语句、扩展文本名称设置信号适配器名称虚拟调试5.PLC指令

5.1扫描操作数的信号上升沿此指令当操作数1的信号状态是否从“0”变为1，并与操作数2中保存的上一次扫描信号状态进行比较。如图所示，当“TagIn_1”、“TagIn_2”、“TagIn_3”、“TagIn_4”、“TagIn_5”为1，“TagIn_Out”为1。6虚拟调试5.PLC指令

5.2在信号上升沿置位操作数此指令当输入线圈从“0”变为“1”时，置为操作数1，操作数2保存输入端的RLO边沿存储位。如图所示，当“TagIn_1”和“TagIn_2”从“0”更改为“1”（信号上升沿），将操作数“TagOut”置位一个周期。6虚拟调试5.PLC指令

5.3扫描RLO的信号上升沿此指令当CLK端输入端从“0”到“1”，“Q”端输出一个扫描周期的能流，并比较能流（RLO）当前状态与边沿存储位中上一次查询的信号状态。如图所示，当“TagIn_3”从“0”到“1”时，程序跳转到程序标签“CAS1”处。6虚拟调试5.PLC指令

5.4移动值指令移动值指令，当“EN”端值为1时执行指令，将“IN”端数据传入“OUT”端，“ENO”输出端为1。当满足下列条件之一，“ENO”输出端为0：1）使能输入EN的信号状态为0；2）IN参数数据类型与OUT参数的数据类型不对应。

6虚拟调试5.PLC指令

5.5生产接通延时指令此指令当“IN”端从“0”变为“1”是，启动计时器计时，当时间超出设定时间“PT”后，“Q”输出端变为“1”。只要“IN”端仍为“1”，“Q”输出端保存置为，当“IN”端从“1”变为“0”，复位Q”输出端。如图所示，当“Tag_Start”从“0”变为“1”,计时超过“Tag_PresetTime”，“Tag_Status”置为1，并保持。当前时间存入“Tag_ElapsedTime”。6虚拟调试6.外部信号配置

外部信号配置命令可以建立多种协议类型，以便使用外部信号联调仿真，包括：MATLAB、OPCDA、OPCUA、PLCSIMAdv、Profinet、SHM、TCP、UDP等。PLCSIMAdv协议用于实现“软在环”，建立连接后，测试离散控制逻辑和运动控制程序，包含以下步骤：1）设置虚拟PLC环境和MCD信号表2）使用外部信号配置命令导入PLC外部信号3）使用信号映射命令映射MCD信号6虚拟调试6.外部信号配置

6参数定义实例显示所有在PLCSIMAdv中注册的PLC实例，从中选择所需要的PLC实例实例信息实例信息包括：更新选项搜索特定标记信号区域指定所需的标记类型仅HMI可见过滤HMI可见的标记数据块过滤器仅从用户定义的数据块中搜索标记，未指定是从所有数据块中搜索更新标记更新特定实例，并在标记表中显示所有标记信息。循环设置MCD信号与PLCSIMAdv信号同步的属性虚拟调试7.信号映射

使用信号映射命令将MCD信号与外部信号手动映射或取消映射，并指定需要隐射的MCD信号和外部信号类型。可以使用“信号映射”命令执行以下操作：1）打开“外部信号配置”对话框以创建新配置。2）检查MCD信号表或外部信号映射的次数。3）搜索配置中的信号。4）同时连接和断开多个信号。6虚拟调试7.信号映射6参数定义类型选择所需映射外部信号类型，包括：MATLAB、OPCDA、OPCUA、PLCSIMAdv、Profinet、SHM、TCP、UDP等PLCSIMAdv实例选择所需软PLC实例信号包含MCD信号表和外部信号表：MCD信号表显示MCD中创建信号的名称、适配器名称、IO类型、映射计数、所有者组件。外部信号表显示所有可选的外部信号的名称、适配器名称、IO类型、映射计数、路径。映射的信号显示MCD信号和外部信号之间建立的连接，包括以下信息：连接名称、MCD信号名称、方