1. 研究目的与意义

2015年，工业4.0研究院就提出了数字孪生体是第四次工业革命的通用目的技术。

在2020年4月7日，在工业4.0研究院协助下，国家发改委和中央网信办发布了《关于推进上云用数赋智行动 培育新经济发展实施方案》，它首次指出数字孪生体是七大新一代数字技术之一，其他六种技术为大数据、人工智能、云计算、5g、物联网和区块链。

该文件还单独提出了数字孪生创新计划，即为我国数字孪生体国家战略。

2. 课题关键问题和重难点

关键1、西门子nx mcd机电一体化产品概念设计：利用nx_mcd功能模块让码垛机器人的虚拟模型客观反映出其现实物理设备的外观尺寸和结构组成，并且让虚拟模型具备和现实设备一样的符合客观规律的能力，能够接受外部数据驱动，反映出运动学特性。

2、西门子s7-1200的plc控制程序：利用博途tia软件选择s7-1200的cpu，设置sinamics v90 pn伺服驱动器和工艺对象，编写主程序，实现plc对x、y、z三轴的伺服定位控制，让三轴具备点动/自动和回原点的能力。

3、码垛机器人的伺服闭环硬件系统：伺服闭环系统由s7-1200plc控制器、伺服驱动器、伺服电机、直线滑台模组、编码器组成。

3. 国内外研究现状（文献综述）

数字孪生的概念最早由美国密歇根大学教授michaelgrieves博士在2002年密歇根大学提出。

数字孪生（digitai twin，dt）是一种新概念，它与工业生产数字化练习密切，它的准确表述虽有争议，但其含义已在行业内达成了基本共识，即在数字虚拟空间中,以数字化方式为物理对象创建虚拟模型，模拟物理空间中实体在现实环境中的行为特征，从而达到虚一实之间的精确映射，最终能够在生产实践中的开发、测试、工艺及运行维护等方面打破现实与虚拟之间的壁垒，实现产品全生命周期内的生产、管理、连接等高度数字化及模块化的新技术。

通过查阅陶飞教授等人的《五维数字孪生模型及十个领域应用探索》的学术报告，将本文的码垛机器人作为研究对象，利用数字孪生技术，实现码垛机器人的虚拟仿真。

4. 研究方案

设计方案：（1）mcd仿真设计：建立刚体、滑动副、固定副、位置控制、限位开关，利用信号适配器，建立相关位置、速度信号。

（2）s7-1200plc单轴步进定位设计：在博途tia软件中对s7-1200 cpu 进行硬件组态，选择cpu1214 dc/dc/dc，插入轴工艺对象，完成轴_1的组态 ，编写程序main【ob1】。

（3）s7-1200plc三轴伺服定位设计： 在博途tia软件中对s7-1200 cpu 进行硬件组态，选择cpu1214 dc/dc/dc，添加v90 pn设备，并和cpu进行连接，插入轴工艺对象，完成轴_1、轴_2、轴_3的组态，编写程序。

5. 工作计划

毕业设计前一学期末完成英文翻译，收集、查阅、文献资料并准备开题报告。

第 1 周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。

英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至毕业设计管理系统,译文封面用标准模板。