数字孪生下工业机器人应用技术（VUP版）（新编21世纪高等职业教育精品教材·装备制造类；浙江省重点教材）

作者：陈志青 周庆慧 张天成

书号：334561

定价：￥43 元

字数：400 千字

印次：1-1

开本：大16

出版时间：2025-01-31

ISBN：978-7-300-33456-1

包装：平

内容提要：  
《VIRTUAL UNIVERSE PRO与数字孪生技术应用》是一本专为高职院校学生和相关领域从业者编写的教材，旨在通过介绍工业4.0背景下的关键技术，培养学生在智能制造和机电一体化仿真方面的综合能力。本书由温州职业技术学院的多位专家联合主编，并得到了亚龙智能装备集团等企业的支持和协助。  
全书共设五个项目，涵盖了数字孪生基础应用、工业机器人基本操作与运动控制、以及基于VUP的数字孪生实训平台设计等内容。每个项目均包含“任务介绍”“相关知识”“任务实施”“任务评价”“素质之窗”等部分，旨在帮助学生在实际任务中学习和掌握系统应用知识，并通过实践锻炼专业能力、自主学习能力和社会能力。  
本书紧密结合思政教育，围绕“温州精神的人文底色、创新创效的行业价值观、工匠精神与家国情怀”等核心元素，注重价值引领，强化学生的职业道德和社会责任感。同时，本书打破了传统教材的知识结构，融合了企业工程师的工作思路和实际操作经验，注重就业导向，强化职业技能训练，使学生在理论与实践相结合的过程中，全面提升综合职业能力。  
此外，本书还配有在线课程资源，读者可以通过配套的数字化课程网站获取更多学习支持。这本书不仅是教学工具，更是学生深入了解和掌握数字孪生技术的实践指南。  



作者简介：  
陈志青，博士，温州职业技术学院工业机器人技术专业专任教师，国家级职业教育教师教学创新团队的核心成员，擅长工业机器人的工业自动化应用。参加浙江省高职院校教学能力比赛获一等奖；全国职业院校技能大赛教学能力比赛获三等奖；指导学生参加“三菱电机杯全国大学生电气与自动化大赛”获全国二等奖和三等奖；主持并参与建设省级市课程思政示范课程、省教科规项目、浙江省教育厅科研项目、温州市基础科研项目；发表SCI 10余篇。  
周庆慧，讲师、工程师，温州职业技术学院工业机器人技术专业专任教师，国家级职业教育教师教学创新团队的核心成员，擅长工业机器人的工业自动化应用。  
参加浙江省高职院校教学能力比赛获一等奖；全国职业院校技能大赛教学能力比赛获三等奖；指导学生参加“CIMC中国智能制造挑战赛”获全国二等奖，主持建设省、市课程思政示范课程、省教科规项目，申请发明专利3项。  
张天成，温州职业技术学院智能制造学院工业机器人教研室专任教师，研究方向工业机器人技术、增材制造技术，主持、参与校级以上研究课题6项，其中省级课题2项，国家级课题1项，累计发表SCI论文4篇，中文核心期刊3篇，申请发明专利1项。指导学生获得省级以上学科竞赛三等奖2项，二等奖1项。  

目录：  


项目1 数字孪生基础应用 ………………………………………………………………………………… 1  

项目概述 ……………………………………………………………………………………………… 1  

学习目标 ……………………………………………………………………………………………… 1  

知识准备 ……………………………………………………………………………………………… 1  

1.1 VUP通过 UG连接三菱PLC串口通信 ………………………………………………………… 1  

1.2 VUP—西门子PLC-S7IP直连通信教程 ……………………………………………………… 5  

任务引导 ……………………………………………………………………………………………… 12  

任务1.1 软件的基本操作 ………………………………………………………………………… 12  

任务1.2 父子级设置 …………………………………………………………………………… 19  

任务1.3 添加位置型动作 ………………………………………………………………………… 24  

任务1.4 添加时间型动作 ………………………………………………………………………… 27  

任务1.5 设置物理属性 …………………………………………………………………………… 33  

任务1.6 设置传送带 …………………………………………………………………………… 36  

任务1.7 设置传感器 …………………………………………………………………………… 38  

任务1.8 设置人机交互界面 ……………………………………………………………………… 43  

任务1.9 三菱PLC编程控制……………………………………………………………………… 48  

任务1.10 西门子PLC编程控制 ………………………………………………………………… 57  

项目2 工业机器人基本操作 …………………………………………………………………………… 66  

项目概述 ……………………………………………………………………………………………… 66  

学习目标 ……………………………………………………………………………………………… 66  

知识准备 ……………………………………………………………………………………………… 66  

2.1 ROBOGUDIE软件模块功能 ………………………………………………………………… 66  

2.2 ROBOGUDIE软件任务栏 …………………………………………………………………… 67  

2.3 ROBOGUDIE软件示教器 …………………………………………………………………… 68  

2.4 工业机器人移动操作及奇异点………………………………………………………………… 70  

任务引导 ……………………………………………………………………………………………… 71  

任务2.1 创建工程文件 …………………………………………………………………………… 71  

任务2.2 导入机器人工具 ………………………………………………………………………… 77  

任务2.3 创建机器人离线工作站 ………………………………………………………………… 80  

任务2.4 工业机器人点动操作 …………………………………………………………………… 84  

项目3 工业机器人运动控制 …………………………………………………………………………… 87  

项目概述 ……………………………………………………………………………………………… 87  

学习目标 ……………………………………………………………………………………………… 87  

知识准备 ……………………………………………………………………………………………… 87  

3.1 工业机器人坐标系 …………………………………………………………………………… 87  

3.2 设置工业机器人坐标系 ……………………………………………………………………… 88  

3.3 工业机器人动作类型 ………………………………………………………………………… 89  

3.4 工业机器人动作指令 ………………………………………………………………………… 90  

3.5 工业机器人位置数据 ………………………………………………………………………… 91  

3.6 工业机器人I/O指令 ………………………………………………………………………… 91  

3.7 程序的编辑与调试 …………………………………………………………………………… 93  

3.8 程序的导入导出 ……………………………………………………………………………… 96  

任务引导 ……………………………………………………………………………………………… 97  

任务3.1 创建工具坐标系 ………………………………………………………………………… 97  

任务3.2 示教用户坐标系 ……………………………………………………………………… 102  

任务3.3 机器人运动指令的应用 ………………………………………………………………… 105  

任务3.4 示教ROBOGUIDE中的坐标系 ………………………………………………………… 110  

任务3.5 导入机器人程序 ……………………………………………………………………… 112  

项目4 基于 VUP的数字孪生实训平台设计 ………………………………………………114  

项目概述 …………………………………………………………………………………………… 114  

学习目标 …………………………………………………………………………………………… 114  

知识准备 …………………………………………………………………………………………… 114  

4.1 凹实体的设计 ……………………………………………………………………………… 114  

4.2 西门子PLC详解 …………………………………………………………………………… 116  

4.3 FANUC机器人生产线虚拟仿真设置 ………………………………………………………… 118  

4.4 视觉配置 …………………………………………………………………………………… 151  

任务引导 …………………………………………………………………………………………… 159  

任务4.1 搭建工业机器人应用实训平台 ………………………………………………………… 159  

任务4.2 视觉识别配置 ………………………………………………………………………… 170  

项目5 综合实训 ………………………………………………………………………………………… 177  

项目概述 …………………………………………………………………………………………… 177  

学习目标 …………………………………………………………………………………………… 177  

知识准备 …………………………………………………………………………………………… 177  

任务引导 …………………………………………………………………………………………… 178  

任务5.1 机器人周边系统组态编程及测试 ………………………………………… 178  

任务5.2 机器人智能检测入库应用编程 ………………………………………………………… 183  

任务5.3 工业机器人离线编程…………………………………………………………………… 191  

参考文献 …………………………………………………………………………………………… 219  

在线试读：  
前言  
一、 简介  
党的二十大报告明确指出,“推进新型工业化”,“加速建设制造强国……数字中国”,“推动制造业高 端化、智能化、绿色化发展”。这一目标的实现依赖于工业4.0技术的广泛应用,而 Virtual Universe Pro 等创新软件正是推动工业智能化和个性化制造的关键工具之一。目前,全球工业文明正在逐步进入工业 4.0时代,这必将引发生产模式、商业模式和供需关系的重大变革。智能化、个性化制造和基于数据的信息设计构成了未来商业模式的基础。VirtualUniversePro是一款适用于 Windows的创新软件,支持使用物理引擎在3D环境中创建和模拟虚拟机。使用者可定制对象库创建模拟,也可以从CAD软件导入完整模型,如Solidworks、Inventor、Catia、SolidEdge等。这些模拟可以实时运行,由PLC连接PC或通过内置虚拟控制器或通过计算机软件使用IP连接进行控制,利用机电一体化仿真软件,根据需求创建一个具有实际交互功能的虚拟仿真系统。仿真系统可以实现与实际环境一致的物理性能、机械结构以及动作功能,能够使得机械设计与电气设计在仿真系统上一同进行开发工作,消除了传统开发过程中的空档期。仿真系统不仅是简单的动画场景,它可以与实际的控制设备进行信号交互,接收控制指令以及反馈传感器等信号,还可以在仿真过程中及时发现设备在程序控制下运行的各种问题并进行优化,提高设计效率且降低成本和风险。因此,机电一体化概念设计可以看作是一个多学科技术融合与虚拟调试、开发的技术平台。它以一种并行的、可验证的方式,使人们在项目设计初期能够根据市场需求开展并行设计与调试工作,并且在物理设备尚未到位的情况下能够运用多学科知识,通过 “虚—虚”“虚—实”结合的虚拟调试对产品和生产工艺进行反复的修改与验证,并把结果映射到真实的物理环境中去。这有力地支持了制造业 “创造”的实施,无疑是在工业4.0背景下相关人才需要掌握的一项现代制造关键技术。  
二、 本书结构  
本书根据当前高职院校教学需要,选取工业生产中的实际零件精心编排。全书共有5个项目,包括数字孪生基础应用、工业机器人基本操作、工业机器人运动控制、基于 VUP的数字孪生实训平台设计、综合实训。每个项目均由 “项目概述”“学习目标”“知识准备”“任务引导”组成,每个任务又包含 “任务介绍”“相关知识”“任务实施”“任务评价”“素养之窗”等部分。  
“任务介绍”:对本任务要解决的实际任务进行描述和介绍。  
“相关知识”:给出要解决实际任务需要学习和掌握的系统的应用知识。  
“任务实施”:引导学生分步完成任务,并将专业能力、自主学习能力、与他人合作等社会能力融入其中。  
“任务评价”:对本任务完成情况按照标准进行评价,并将完成任务过程中遇到的问题和解决方案记 录下来。  
“素养之窗”:从个人、行业、国家三个层面构成有机整体,围绕以 “互帮互信共赢”为核心的温州精神传承,以 “精准控制、务实创效”为核心的行业价值追求,以 “工匠精神”为核心的家国情怀,构建职业素养内容。从培养机器人集成应用人才的人文底色、创新理念、精湛技艺三个维度,提炼出团队协作、诚信友善、创新创效、规范务实、精益专注、爱岗爱国六大职业素养要素并系统地融入教材,与项目有机结合,层层递进。职业素养内容可通过本书配套的在线课程进行学习和获取,助力职业素养提升与全方位成长,在线课程网址:https://mooc1.chaoxing.com/mooc-ans/mycourse/teachercourse? moo cId=235276439&clazzid=104241530&edit=true&v=0&cpi=70191346&pageHeader=-1&needVirtual Approved=0。  
三、 内容特点  
1.课 造 程 强 紧 国 密 的 围 工 绕 匠 六 精 大 神 职 与 业 家 素 国 养 情 要 怀” 素, 作 以 为职 “温 业 州 素 精 养 神 素 的 材 人 的 文 主 底 要 色 来 、 源 创 , 新 与 创 专 效 业 的 教 行 学 业 过 价 程 值 紧 观 密 、 结 机 合 器 , 换 聚 人 焦设计、反复交织、强化价值引领的力度。  
2.遵 按 循 照工 “项 作 目 复 导 杂 向 度 、 “ 任 由 务 浅 驱 入 动 深 ” ” , 的 以 原 “ 则 从 设 完 置 成 一 简 系 单 列 工 学 作 习 任 任 务 务 到 , 完 嵌 成 入 复 职 杂 业 工 核 作 心 任 能 务 力 ” 知 的 识 能力 点, 发 改 展 变 过 理 程为 论 与实践相剥离的传统教材组织方式,为学生提供在完成工作任务的过程中学习相关知识、发展综合职业能力的学习工具。以企业实际生产线上的典型零件为样本,根据教学目的对载体进行提炼,便于教师采用项目教学法引导学生展开自主学习,掌握、建构和内化知识与技能,强化学生自我学习能力的培养。  
3.多 化 名 工 编 程 者 师 来 的 自 实 企 际 业 工 , 作 在 关 内 注 容 点 的 , 组 并 织 将 上 经 打 验 破 进 传 行 统 抽 教 取 材 、 的 总 知 结 识 。 结 注 构 重 , 就 充 业 分 需 借 求 鉴 , 企 以 业 培 工 养 程 职 师 业 的 岗 工 位 作 群 思 的 路 综 合应用能力为目标,充实训练模块的内容,强化应用,有针对性地培养学生较强的职业技能。  
4.以 一 就 体 业 化 为 的 导 项 向 目 , 式 将 教 软 学 件 特 的 色 操 , 作 让 方 学 法 生 和 一 专 边 业 学 设 习 计 理 、 论 制 知 造 识 能 , 力 一 有 边 机 操 融 作 合 实 到 训 每 , 一 加 个 强 项 感 目 性 实 认 训 识 中 , 达 体到现事教半功倍的效果。  
四、 配套的在线课程  
学生在学习过程中可登录本书配套数字化课程网站https://mooc1.chaoxing.com/course-ans/course portal/235276439.html,使用数字化学习资源。  
本书是对前期教学与科研工作中有关数字孪生技术的总结。本书由温州职业技术学院陈志青、周庆 慧、张天成担任主编;温州职业技术学院黄金梭、刘路明、孙涛担任副主编;参与编写的还有亚龙智能 装备集团股份有限公司龙茂辉,北京思维科系统科技有限公司魏晨阳,浙江名瑞智能装备科技股份有限公司潘雷、雷芝,温州职业技术学院杨清全、王哲禄、程向娇。  
在编写本书过程中,我们得到了亚龙智能装备集团股份有限公司、北京思维科系统科技有限公司、  
浙江名瑞智能装备科技股份有限公司等单位的大力支持与协助,在此一并致以衷心的感谢。由于编者水平有限,书中不妥甚至错误之处在所难免,敬请广大读者批评指正。