摘 要

虚拟仿真是近年来大热的新兴技术，利用计算机来构建虚拟系统模拟现实，是虚拟现实技术在教学和研究中的一个重要方向。本次设计围绕环形输送线实验平台进行。环形输送线实验平台是专为学生设计的用于教学的人机交互实验系统，同学可以通过计算机软件对实验台下达指令，观察传送带运动以及机械臂与工件的交互。在设计实验台箱体并选用合适的机械臂和传感器等部件后，利用Pro-E软件完成模型的建立和装配，最后使用Unity3d、Cinema4D等仿真软件，编写C#代码控制输送带的运动以及机械臂拾取操作，得到所需实验数据输出，并设计合理的网页端界面方便用户进行被拾取工件特性的选择，此系统可使用户在无实物条件下进行虚拟实验，具有低成本可重复性等优点。

关键词：虚拟仿真；环形输送带；Unity3D

Abstract

Virtual simulation is an emerging technology in recent years. Using computers to build virtual systems to simulate reality is an important direction of virtual technology in teaching and research. This design is carried out around a circular conveyor line experimental platform. The circular conveyor line experimental platform is a human-computer interaction experiment system designed for students. The students can use the computer software to give instructions to the experimental platform to observe the movement of the conveyor belt and the interaction between the robot arm and the workpiece. After designing the test bench box and selecting the appropriate robot arm and sensor components, the Pro-E software is used to complete the model establishment and assembly. Then use the simulation software such as Unity3d and Cinema4D, the C# code is used to control the movement of the conveyor belt and the robot arm. Picking operation, obtaining the required experimental data output, and designing a reasonable web-end interface facilitates the user to select the characteristics of the picked-up workpiece. This system allows the user to perform virtual experiments without physical conditions, and has the advantages of low cost repeatability.

Key Words：virtual simulation；endless conveyor belt；Unity3D

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 虚拟现实研究现状 2

1.3 本次设计内容 3

第2章 环形输送线实验台设计 5

2.1实验平台各部件选型 5

2.1.1 传感器选型 5

2.1.2机械臂选型 6

2.2实验台总体布局设计 8

2.2.1实验台箱体设计 8

2.2.2传送带叶片设计 9

2.2.3实验台整体布局 10

第3章 输送线实验平台模型建立 11

3.1 系统开发工具 11

3.1.1 三维建模软件选择 11

3.3.2 虚拟仿真平台选择 11

3.2 系统功能分析 11

3.3 仿真系统整体框架设计 12

3.4 输送线实验平台模型建立 13

3.5 输送线实验平台模型优化 14

第4章 输送线实验平台仿真实现 15

4.1 输送带叶片动画制作 15

4.2 模型材质处理 16

4.3 工件运动仿真 17

4.4 机械臂运动仿真 18

4.5 交互设计 22

4.5.1 开关设计 22

4.5.2 计数器输出 23

4.5.3 工件质量检测输出 25

4.5.4视角切换 26

4.5.5 图形界面设计 27

第5章 系统发布与测试 28

5.1 系统发布 28

5.2 系统运行测试 28

5.2.1 系统启停 29

5.2.2 运动速度调节 29

5.2.3物体质量检测 30

5.2.4实验台整体视角切换 30

5.2.5工件计数 31

5.2.6机械臂模型单独控制 31

5.2.7网页操作界面 32

第6章 结论与展望 33

参考文献 34

致谢 35

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

虚拟仿真（Virtual Reality，简称VR）是人在不停探索科学世界过程中提出的用于模仿现实存在的技术和思想。利用互联网技术、仿真技术、多媒体技术等建立现实和虚拟空间的联系，将主观想象或是客观存在模拟成虚拟的三维世界。近年来虚拟仿真相关技术不断完善，并被越来越多的应用到教育当中。

农耕经济后世界进入工业化阶段，机械行业是其中重要组成部分，机械零部件的设计与加工、结构的合理化、模型的装配则是生产环节的重中之重。如何在高质量的情况下降低成本是每个企业都面临的难题，机械结构是否合理是否符合标准要进行大量实验去检测。相较于传统实验方式，利用计算机技术建立虚拟模型进行检测不仅节约了制造成本，更可以进行反复多次重复实验来得到准确结果。而对于各大高等院校，仅仅培养出理论知识丰富的学生已经不能满足社会的需要，企业更看重以扎实理论为基础，熟练操作为核心的高精尖人才。顺应企业需要，高校纷纷开设金工实习实践课程，着重培养学生动手能力。但由于场地、经费的限制，通常是多个学生操作一台机床，很难保证每个学生有足够的时间去接触熟悉机床。对于从未实践过的学生来说，车床具有一定的危险性，并且不当操作很容易造成设备损坏。

随着虚拟仿真技术的飞速发展，传统机械与虚拟现实的结合成为现代教学的主流。模拟实验平台的建立使同学们能够更加直观地观察机械系统的模型结构和运动状态，通过人机交互可实现无实物操作。在教学环节中，学生可提前在虚拟平台上模拟加工，熟悉设备的操作方式，检验代码的正确性和加工精度。这样既保障了学生的安全又提高了机床寿命和实践效率。而将互联网技术和虚拟现实技术相结合，能实现各地教学资源共享和实时更新，经济相对落后的地区在负担不起昂贵实验设备时可以考虑采用虚拟平台作为替代，对改善教育资源不平衡有重大意义。