遥操作指操作人员在安全区域远程控制机器人。操作者通常只能通过摄像头和传感器获取远程环境的视觉反馈，有时会辅以触觉反馈。这种有限的视野会导致动作判断困难，可能引发碰撞或任务失误。

这正是全球核燃料采矿、浓缩、循环利用及退役服务领军企业 Orano公司试图通过RoboDK解决的难题。

该项目具体实施流程如下……

ORANO机器人公司

 Orano是国际公认的核燃料循环领域专家。该公司致力于开发突破性解决方案，以提升复杂核能作业的安全性、效率与精准度。

 Orano机器人公司专注于为核设施退役、检测及维护提供尖端技术。其系统涵盖移动机器人、机械臂等robotic硬件，以应对核能行业中的各类挑战。

在此次项目中，团队致力于解决核能远程操作中的共性难题——物理机器人可视性缺失的问题。

挑战：突破操作者的视野局限

远程操作是一种将人类纳入控制系统的机器人技术，即由操作者远程操控机器人执行任务。这种”人在回路”的技术模式在人类无法亲临的危险环境中不可或缺。

以核工业为例，高强度辐射使得人工检修无法实施，而任务的复杂性与不可预测性又让全自动化方案难以胜任，由此远程操控机器人成为唯一可靠的解决方案。

但远程操作技术面临着独特挑战。

传统操控系统主要依赖摄像头为操作者提供视觉反馈，这类系统不仅视野受限，还存在画面延迟问题。由于无法直接观察机器人，操作者难以实时掌握机械臂的精确运动轨迹。

这意味着操作者需要极高技能才能完成作业。即便是经验丰富的操作者，也常难以精准判断距离和方位。一个细微的动作误判就可能导致工具损坏或设备碰撞。

解决方案：利用RoboDK构建实时数字孪生系统

奥拉诺团队提出一项创新方案，将RoboDK的实时数字孪生技术集成至现有人机交互界面中。

奥拉诺公司的工程师恩Ndiaye Hamedine解释道：“我们的目标是为操作员提供清晰的人机界面，实时显示机器人在工作环境中的位置，同时管理功能安全防护机制，并确保系统独立于机器人制造商。”

该系统在仿真环境中使用机器人虚拟模型，该模型会通过物理机器人的实时数据持续更新。操作人员可以在仿真界面中观察机器人运动，除实时摄像头画面外，还能获取其位置与姿态的辅助信息。

应用的核心功能包括：

• 精确三维工作区建模——团队导入远程工作区与库卡机器人的STEP文件，确保关键系统要素的精准还原。
• 实时关节位置获取——RoboDK的实时双向通信功能使仿真系统与库卡控制
• 实现数据交互，通过控制器获取关节角度并转化为仿真环境中的实时运动。
• 碰撞检测——借助RoboDK内置的碰撞检测功能，操作人员可在虚拟工作区内全面监控机器人运动，避免真实环境中的碰撞风险。

Hamedine表示：“RoboDK使我们能够验证库卡机器人的数字孪生系统，实现物理设备与仿真平台间的实时同步，这在工业场景中充分证明了混合监管模式的可行性。”

系统架构：硬件与软件集成

为构建这套远程操作系统， Orano团队将现有的自动化组件、强大的机器人编程软件以及定制化脚本进行了整合。

硬件组件包括：

• KUKA KR20 R1810机器人——这款六轴工业机械臂满足了重复定位精度和高刚性，适用于核应用场景中的远程操控。
• KUKA控制器——该机器人控制器既可处理由系统人机界面发送的远程操作指令，也能将实时关节位置数据传送至RoboDK仿真系统。
  网络摄像头——该摄像传感器可从工作区捕获额外视觉反馈，用于实时操作及录制核验。

软件组件包括：

• RoboDK——RoboDK图形化环境提供实时可视化、数字孪生建模与碰撞检测功能，为操作人员提供辅助支持。
• Python脚本——这些定制程序执行团队控制逻辑，并实现KUKA控制器与RoboDK之间的通信。
• OBS Studio——该软件充当桥梁工具。由于RoboDK仅原生支持USB摄像头，OBS用于将IP视频流转换为虚拟摄像头信号。

这种模块化组合确保了系统的灵活性，并为未来软件开发预留了扩展空间。

成果：更安全、更智能的远程操作技术

通过该系统，团队构建了一套功能完备的远程操作系统，将视觉反馈与数字孪生技术相结合。即使操作者无法直接观察机器人，也能在放射性环境中执行任务。

通过RoboDK创建的数字孪生模型能清晰呈现机器人在环境中的位置，确保操作安全精准。操作人员可实时监测实体机器人的运动轨迹，即使在机器人完全不可见的情况下，也能主动检测碰撞风险，以更高效率执行操作，最大限度减少误判概率。

在此验证项目取得成功后，Orano团队计划进一步拓展数字孪生与远程操作技术的融合应用，重点聚焦于对防碰撞能力要求极高的场景，包括巡检巡检、设备维护及搬运作业等领域。

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几年前，数字孪生对大多数人而言还是个陌生概念。尽管部分RoboDK用户早已开始应用，但全球范围的讨论直到近年才真正兴起。

若您不确定数字孪生是否适合自身生产流程，本文将为您提供决策参考。

让我们深入探讨一下如何在制造过程中利用数字孪生技术……

什么是数字孪生？解析数字孪生技术

数字孪生涉及创建物理对象、过程或系统的虚拟映射。通过将该虚拟模型与实时数据相结合，该技术能强化仿真建模能力，助力维护与问题诊断。在制造业中，数字孪生可以帮助优化生产线并减少停机时间。

本质上，数字孪生是连接物理世界与虚拟世界的桥梁。

这一技术有效解决了传统仿真中虚拟环境无法完全还原物理系统复杂性的问题，同时加速决策进程——制造商能基于流程的实时状态（而非预估数据）进行模拟推演。

数字孪生在制造业中的核心作用

当前，数字孪生技术已成为制造业最受关注的焦点之一。数据显示，86%的制造业领军企业认为该技术适用于他们的产业。

制造业中的数字孪生技术应用范围广泛，既可以是单个工艺流程（如机器人单元）的简单虚拟化，也可以是整个工厂车间的完整模拟。对于机器人数字孪生来说，其核心在于监控机器人的实时状态，并据此动态更新虚拟模型。

数字孪生技术核心价值：为制造商带来的关键优势

制造商可以采用数字孪生方案来显著提升机器人单元的运行效能。

在制造业中部署机器人数字孪生主要具备以下优势：

• 实时监控—通过对机器人性能的即时反馈，您可以快速检测流程中的低效性，跟踪关键指标，并进行实时调整。
• 流程优化—借助虚拟环境中的生产场景模拟，数字孪生能精准定位机器人工作站的潜在优化空间。
• 减少停机时间—仿真技术使问题诊断无需中断实际生产，这也是机器人离线编程的显著优势之一。
• 预测性维护—通过实时数据分析预判机器人系统的维护需求，有效延长设备寿命并降低维修成本。
• 操作灵活性—基于需求变化快速调整机器人仿真参数，使企业能灵活应对市场波动、定制化需求及供应链中断等挑战。

如何通过RoboDK轻松创建专属数字孪生仿真系统

RoboDK是打造机器人及制造业数字孪生的卓越工具平台。其集成仿真建模与实时监控等核心功能，支持用户在不停机状态下实现：机械臂运动轨迹规划、工艺流程优化及生产效能监测等全链路数字化操作。

在RoboDK中创建一个数字孪生，就像为任何机器人编写软件一样简单：

只需5个简单步骤即可开始：

1. 下载并安装RoboDK—您可以从我们的下载页面免费获取RoboDK。打开应用程序并创建新项目。
2. 选择并加载机器人—访问我们庞大的机器人库，找到与您制造需求相匹配的机器人型号。
3. 导入对象和其他程序工具—导入机器人工作站中其他元素的3D模型，并将其添加到仿真环境中。
4. 创建机器人程序—使用RoboDK界面创建机器人程序。可以参考”入门指南“完成此步骤。
5. 启用实时监控—数字孪生创建的关键步骤是通过相应的机器人驱动连接实体机器人。这一步确保虚拟仿真与实体机器人同步，实现无缝操作、调试和数据采集。

完成这些步骤后，您就为机器人制造单元创建了一个数字孪生。在此基础上，您还可以添加数据报告、AI优化等更多功能。

数字孪生在制造业的未来展望

数字孪生制造即将引发生产流程的革命性变化。随着人工智能等技术的应用加速并优化决策流程，制造商将获得一套完整的虚拟工具库，实现生产系统的无间断升级。

RoboDK提供的用户友好型平台，让您能够直观地编程机器人并实时监控运行效果。

迪拜机器人实验室就是成功运用该功能的典型案例——该研究团队利用RoboDK创建了先进制造数字孪生系统。通过整合KUKA机械臂、NVIDIA Jetson Nano和实时深度传感器，他们的数字孪生融入了先进的神经处理算法，不断突破该技术的应用边界。

随着数字孪生技术的不断发展，我们期望会看到更多的系统将数字孪生实践纳入其运营中。

数字孪生将如何改变您的生产？

数字孪生绝非制造业未来的惊鸿一瞥—它已成为当下不可或缺的一种力量！

通过弥合物理领域和数字领域之间的差距，这些工具赋予制造商前所未有的预测、适应和强化能力。

使用 RoboDK，创建您的数字孪生比以往任何时候都更容易。问题已不再是”是否要部署数字孪生”，而是”您的数字孪生将实现怎样的突破？”

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RoboDK和KEBA工业自动化正式宣布合作。RoboDK于2015年在加拿大成立，专门致力于解决离线编程和仿真。KEBA现在在工业机器人领域拥有 30 多年的专业知识，凭借其 Kemro X 自动化平台，使整体解决方案、机器人运动和相应过程功能之间能完美交互。KEBA Industrial Automation 机器人产品经理 Michael Garstenauer 表示：

我们很高兴将我们的控制技术成功集成到RoboDK中。RoboDK 开发了一个基于KEBA新的安全和强大的web API的KeMotion KEBA驱动程序，从而支持相应的工作流。

得益于两个开放平台

这两个开放的平台使得从桌面创建和测试几个机器人单元场景成为可能，只有这样才能建立真正的生产单元。这意味着机器人的最佳位置可以在实际使用之前确定。周期时间最小化，避免奇异点，并确保可访问性。这样可以缩短调试时间，节省员工资源，最终为客户快速提供可靠的报价。Garstenauer 说道：

例如，如果你给一个机器人编程来绘制一个复杂的3D 结构，比如一个设计师椅子，这通常需要花费几个小时——使用 RoboDK 你可以在几分钟内完成。

轻松传输到 KEBA 控制单元

目前可用的功能允许在 RoboDK 环境中基于零件和系统的三维模型以 KEBA 语言 KAIRO 创建机器人程序。此外，还有一个用于传输到 KEBA 控制器的简单选项。机器人运动的执行既可以在数字环境中进行监控，也可以通过RoboDK中的实际机器人控制器进行监控。

高级仿真和编程功能

RoboDK软件开发主管Samuel Bertrand说：

Kemro X 和 RoboDK 之间的集成为 KEBA 用户提供了先进的仿真和编程功能，包括 CAD 到路径功能、离线编程 （OLP）、数字孪生功能、碰撞检查、机器人 CAM 等。通过将KEBA系统集成到RoboDK中，我们旨在提高机器人自动化的效率、控制和灵活性。

数字孪生技术，易于维护

即使在生产单元设置并运行后，也可以使用数字孪生轻松维护或修改。记录的数据可以轻松快速识别问题并提供高效的客户支持和服务。KEBA和RoboDK之间的合作也对终端用户有很大的好处：它最大限度地缩短了产品更换期间的停机时间，并通过快速识别问题，确保了他们有效的服务和支持。

KEBA和RoboDK合作的主要优势和关键点包括：

• 高级仿真：使用户能够在模拟环境中虚拟创建和测试机器人单元场景，确保在实际实施之前实现最佳定位和性能。
• 缩短设置时间：通过简化编程任务和设置程序，最大限度地减少调试时间并节省员工资源。主要特点是自动生成机器人路径，以便机器人系统处理新零件或产品。机器人长达一小时的手动示教被快速简便的软件驱动流程所取代。
• 加强监控和维护：使用数字孪生便于监控和维护，确保快速识别和解决问题。
• 可靠高效的支持：保证有效的客户服务，最大限度地减少产品更换期间的停机时间，并具有快速解决问题的能力。

关于RoboDK

RoboDK由Albert Nubiola于2015年1月创立，是加拿大蒙特利尔ETS大学享有盛誉的CoRo实验室的衍生公司。RoboDK软件旨在为大大小小的公司以及编程人员和非编程人员提供强大的机器人仿真和编程功能。如今，它已支持来自 80 多家不同制造商的 1000 多台机器人，包括 ABB、Fanuc、KUKA、Yaskawa/Motoman、Stäubli、Omron 和 Universal Robots等。

关于KEBA工业自动化

KEBA成立于1968年，总部位于林茨（奥地利），在全球设有子公司，业务涉及三个业务领域：工业自动化、交接自动化和能源自动化。例如，控制和安全技术、机器和机器人的驱动技术、自动取款机、包裹和转运机，以及电动汽车的充电站和加热控制，都是自动化产品组合的一部分，该公司拥有约 1800 名员工。

在工业自动化领域，按照“以创新实现自动化”的指导原则，KEBA 公司开发和生产用于一般机械和工具结构以及内部物流、机器人、塑料、风能、涡轮系统和钣金加工的创新和高质量自动化解决方案。无论是硬件还是软件，无论是单个组件还是完整的解决方案，该公司都能为所有工业需求提供强大、模块化和安全的解决方案。

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数字孪生是真实物理系统在虚拟中的映射。它使用户能够对自动化系统做出更明智的决策，帮助用户在真正出现问题前发现并解决问题。

通过将最先进的机器人技术和神经重建相结合，研究人员为3D建模带来了更高的精度和效率。

让我们看看迪拜机器人实验室的团队如何使用RoboDK创建他们的新系统。

数字孪生：机器人技术的未来

什么是数字孪生？

在机器人技术中，数字孪生本质上是一个虚拟模型，它贴切地复制了物理机器人系统。

任务有多么详细那么模型就有多么详细——它并不是抽象的模拟。例如，模型肯定包括机器人本身的运动学和物理特性。除此之外，还包括其它完成机器人任务的重要组件，如传感器、末端执行器和任务对象等。

数字孪生技术具备巨大的潜力。例如，在制造业中，机械臂的数字孪生可以在帮助用户优化生产流程、识别瓶颈并预测维护需求的同时，不影响机器人的生产力。

RoboDK是一款十分流行的数字孪生创建平台。例如，西华盛顿大学之前的研究中涉及到了创建一个模拟的可变学习工厂，并将其连接到物理系统以创建数字孪生。

迪拜机器人研究实验室

该机器人研究实验室位于迪拜设计与创新学院内。在Raffi Tchakerian的领导下，该实验室致力于推动机器人和先进制造业的发展。该实验室与麻省理工学院（MIT）和帕森斯（Parsons）等其他知名机构合作，汇集全球专业知识，重新定义机器人技术的未来。

RoboDK等工具在推动迪拜设计与创新学院的研究和学生项目进入传统上由经验丰富的工程师主导的领域方面发挥了重要作用。从用沙子进行3D打印到在已有的3D物体上进行生物打印，RoboDK是我们研究中的关键推动者。

——Raffi Tchakerian

在最新的项目中，研究人员旨在通过将他们的工业机器人与最新的神经重建技术相结合来改进数字孪生技术。

配置：KUKA KR150机械臂、Jetson及RoboDK

该研究的目的是了解神经重建技术如何改善数字孪生的创建。

为了实现这一点，研究团队使用了以下硬件和软件组件：

• KUKA KR150机械臂——该项目的核心是KR 150工业机器人。在各种制造和其他工业环境中，许多公司都在使用这种6轴机械臂。
• 英特尔D435i深度相机 ——一款成品深度相机，将强大的深度传感与惯性测量相结合，以创建点云数据。
• 英伟达 Jetson Nano ——Jetson是一款针对嵌入式应用的单片机系统。我们有一个专门设计用于在Jetson上运行的RoboDK版本，为人工智能驱动的机器人解决方案开辟了一个充满新可能性的道路。
• RoboDK——该团队项目的软件基于RoboDK。这款广泛流行的机器人离线编程仿真软件是创建数字孪生的理想选择，并且我们庞大的机器人库中已经包含KR 150机器人。

NVIDIA 神经核表面重建（NKSR）

该项目的一个重要部分是 NVIDIA 的神经核表面重建（NKSR） 技术。

这套尖端算法有助于从嘈杂位置数据的大规模点云中生成高度详细和准确的3D网格。

NKSR技术可以扩展到大型场景，处理噪音，并最大限度地减少训练要求。即使扫描数据混乱，它也可以在几秒钟内重建数百万个点。

该团队使用这项技术来清理从实感深度摄像头捕获的点云数据。然后，这些数据点通过NKSR算法输入，以创建用于机器人数字孪生的干净模型。

如何实现？

研究人员构建的系统按照以下流程运行：

1. 英特尔D435i深度相机捕获场景的粗略3D模型，创建数据点云。
2. 该点云由Jetson Nano板捕获。
3. 每一帧3D数据都使用Open3D库进行同步并转换为精细的点云。
4. 生成表示扫描对象的初始网格并将其发送到RoboDK。
5. 然后，RoboDK在模拟机器人场景中准确地定位该网格。
6. 然后使用 NKSR 算法进一步细化网格。

这一过程显示了将现成的成像技术与数字孪生的高级神经重建相结合的巨大潜力。

利用机器人和神经重建推进 3D 建模

这种神经数字孪生技术的未来发展是什么？

机器人研究实验室的研究人员展示了如何使用简单的组件创建强大的模拟数字孪生。从航空航天到制药，许多行业都可以使用这种类型的设置。

该项目还展示了高级神经处理算法的可访问性。借助NVIDIA Jetson Nano 和NKSR算法等技术，研发人员与用户现在可以在易于使用的设置中访问强大的功能。通过RoboDK，可以将此功能与工业机器人无缝集成。

如果您正在寻找一种将机器人与高级算法集成的方法，那么本案例研究就是一个强有力的例子。

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本篇文章，让我们深入探讨数字孪生的世界，探索它们如何重塑离线编程，以确保机器人应用的精度、安全性和效率。

数字孪生是什么

在深入探讨其优势之前，让我们先揭开数字孪生的神秘面纱。数字孪生是复杂的虚拟模型，可以模拟物理实体的行为和特征，无论是机器人还是整条生产线。数字孪生不仅仅只是静态复制，而是动态模拟，能够以惊人的精度模拟真实世界的场景。

数字孪生在机器人编程中的显著优势之一是能够在受控且准确的虚拟环境中安全地可视化和测试各种场景，然后应用于现实世界中。

机器人编程中的数字孪生可通过主要两点来理解：

1. 建模和仿真：安全的测试环境

建模和仿真就代表着离线编程，其中代码是从虚拟模型生成的，没有实时交互。它起到为机器人提供安全的测试空间的作用。

2. 实时监控：链接虚拟与现实

实时监控，像TwinBox这样的工具，可实现在线通信，允许真实机器人和虚拟机器人之间的即时反馈。

数字孪生的优势

智能自动化工业这个概念中包含了许多新的、但趋于或已成为常态化的未来技术，如：人工智能、机器学习、数字孪生、5G、大数据、物联网、增强混合虚拟现实、AR、VR、机器人。

数字孪生在优化离线机器人编程方面发挥着关键作用，为可视化和应用的创新、安全性和准确性提供了机会。利用数字孪生的能力，各行各业可以在行业竞争中保持领先地位。他们可基于更加敏锐的洞察力和更加可靠的性能来驾驭复杂的系统。未来，数字孪生技术在机器人编程中的进步和应用将带来巨大的机遇。数字孪生将推动行业达到前所未有的运营效率和水平，还允许程序员和操作员识别潜在问题，优化机器人性能，并保护机器人及其环境。这对于预防代价高昂的错误和系统停机、提高机器人系统的可靠性至关重要。此外，仿真精度的提高最大限度地减少了对微调路径的需求。

丰富的数据和详细的仿真相结合，使工程师和程序员能够基于机器人开发并优化更多的应用。数字孪生技术为虚拟数据和现实世界数据之间的交互提供了桥梁。进而提高运营效率，实现预测性维护，优化资源分配，促进创新解决方案的开发，最终提高产品质量和客户满意度。

虚拟到现实的过渡

程序员可以创建现实机器人的精准仿真模型，使他们能够直接在这种环境中进行必要的调整，然后再在实物机器人上实施这些调整。这确保了虚拟世界和现实世界之间的同步和无缝过渡。数字孪生和真实机器人之间的精确调整和直接通信确保了在模拟中开发的每个概念都可以准确地转化到现实场景中，从而实现实时交互和一致性。

RoboDK软件正是走在通过数字孪生对机器人进行详细模拟和离线编程这条道路的最前沿。从整个工厂布局到单个单元，所有复杂结构的模拟仿真，都可以直接在计算机上进行。RoboDK还允许无缝创建可理解的指令，提供的平台可用于不同任务的测试和可视化，以确保真实机器人可以准确复制仿真程序，从而降低风险并提高安全性。

机器人编程的未来

总之，数字孪生在优化离线机器人编程方面至关重要。利用这项技术的行业通过以增强的洞察力和可靠性驾驭复杂的系统来获得竞争优势。放眼未来，未来数字孪生技术的进步和应用将带来更多机遇。推动行业迈向前所未有的运营效率和水平。

准备好感受RoboDK数字孪生的力量了吗？立即迈出彻底改变机器人编程和可视化流程的第一步吧。下载RoboDK的试用许可证以了解更多信息，并开始您全新的机器人编程之旅。

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