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龙图腾网获悉北京机械工业自动化研究所有限公司申请的专利一种基于数字孪生的工业机器人虚拟调试及仿真方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120178699B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-22发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510323915.4，技术领域涉及：G05B17/02；该发明授权一种基于数字孪生的工业机器人虚拟调试及仿真方法是由段明皞;陈伟才;王德权;张南;赵南;张顺;刘利勋;谢振宇设计研发完成，并于2025-03-19向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于数字孪生的工业机器人虚拟调试及仿真方法在说明书摘要公布了：本发明提供一种基于数字孪生的工业机器人虚拟调试及仿真方法，包括以下步骤：S1：建立工业机器人的数字孪生模型；S2：建立工业机器人的运动学模型，并对所建立的运动学模型进行正运动学分析和逆运动学分析；S3：将步骤S1中所建立的数字孪生模型关联工业机器人信号，进行虚拟调试及数字孪生虚实映射；S4：工业机器人实现数字孪生可视化，即在虚拟环境中建立与实际机器人及其工作环境高度一致的数字孪生模型，并建立两者之间的实时通信，从而实现在虚拟环境中对实际机器人及其周边设备进行全面的调试，同时将实际机器人的状态映射到数字孪生模型中，实现对实际机器人及其运行状态的全面模拟，有效提高了工业机器人仿真的精度和适应性。

本发明授权一种基于数字孪生的工业机器人虚拟调试及仿真方法在权利要求书中公布了：1.一种基于数字孪生的工业机器人虚拟调试及仿真方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：建立工业机器人的数字孪生模型； S2：建立工业机器人的运动学模型，并对所建立的运动学模型进行正运动学分析和逆运动学分析； S3：将步骤S1中所建立的工业机器人的数字孪生模型关联工业机器人信号，进行虚拟调试及数字孪生虚实映射； S4：工业机器人实现数字孪生可视化； 步骤S1的具体实现为： 直接根据工业机器人的型号选择导入或根据工业机器人的实际几何尺寸建立模型； 设置几何模型与工业机器人相同的材质、颜色、形状和结构关系，使得生成的数字孪生模型与工业机器人具有视觉和结构上的孪生关系； 步骤S2中正运动学分析具体实现为： 正运动学分析为当机器人的关节角度、连杆长度及组合方式确定时，其末端执行器的位姿的确定，其末端执行器的位姿以齐次变换矩阵表示，具体表达式为： 其中，表示6个关节坐标系相对于基坐标系的位姿；表示第i个关节与i-1关节坐标系的相对关系；nx,ny,nz表示末端执行器坐标系的x轴方向；ox,oy,oz表示末端执行器坐标系的y轴方向；ax,ay,az表示末端执行器坐标系的z轴方向；px,py,pz表示末端执行器的位置； 用连杆长度ai、连杆扭角αi、连杆偏距di、关节转角θi四个参数来描述相邻两杆之间的相对关系，具体地：di为从第i-1个坐标系的原点到Zi-1轴和Xi轴的交点沿Zi-1轴测量的距离；ai为关节i的轴线和关节i+1的轴线的公法线的长度；αi为关节i的轴线和关节i+1的轴线在关节i轴线和ai所成平面上的夹角；θi为绕Zi-1轴由Xi-1轴转向Xi轴的关节角，其中i＝1,2,…,6；初值代表工业机器人初始状态下各关节的角度； 通过上述定义将变换关系以矩阵表示： 其中，TransX,l代表平移变换，即沿X轴正方向平移l单位；RotX,θ代表旋转变换，即绕X轴正方向旋转θ角； 结合式1和式2求取关键点处末端执行器的位姿矩阵 步骤S2中逆运动学分析具体实现为： 逆运动学位指通过末端执行器的位姿矩阵反向求解各关节角度θii＝1,2,…,6； 分离工业机器人位置与姿态的表达式，具体地： 将式1中前三个关节坐标系变换矩阵左乘至等式左边： 对式3中等式两边矩阵进行分块取等，获得方程组： 其中，si＝sinθi，ci＝cosθi,sij＝sinθi+θj，cij＝cosθi+θji＝1,2,…,6j＝1,2,…,6； 引入arctan2yx函数求解式4中的θ，获取六个关节角的全部8组解： 由于式4中的等式均可由下式表示： asinθi+bcosθi＝c5 若该式中满足a，b，c连续，且仅当不等式a2+b2＞c2成立时，方程存在解： 结合式456求得全部8组解； 所获取的8组解中获取最优解的原则为： 其中，θij表示第i个关节的第j组解，θi'表示第i个关节在上一个点位的角度。

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