基于混合现实与数字孪生的工业机器人虚拟示教系统设计*

doi:10.16731/j.cnki.1671-3133.2026.06.003

现代制造工程 ›› 2026, Vol. 549 ›› Issue (6): 21-31.doi: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2026.06.003

基于混合现实与数字孪生的工业机器人虚拟示教系统设计^*

李东宣, 孙文磊, 李品文, 刘爱田, 陈俊, 毕士海

新疆大学智能制造现代产业学院,乌鲁木齐 830017

收稿日期:2025-08-14 出版日期:2026-06-18 发布日期:2026-07-02
通讯作者: 孙文磊,教授,博士生导师,主要研究方向为先进制造技术、制造业信息化技术。
作者简介:李东宣,硕士研究生,主要研究方向为工业机器人示教、数字孪生。李品文,硕士研究生,主要研究方向为机器人遥操作、数字孪生。刘爱田,硕士研究生,主要研究方向为机器人打磨。陈俊,硕士研究生,主要研究方向为机器人数字孪生。毕士海,硕士研究生,主要研究方向为激光熔覆。E-mail:107552404299@stu.xju.edu.cn
基金资助:
*新疆维吾尔自治区重点研发项目(2018B02012);乌昌石国家自主创新示范区科技发展计划项目(2022LQ03007)

Design of an industrial robot virtual teaching system based on mixed reality and digital twin

LI Dongxuan, SUN Wenlei, LI Pinwen, LIU Aitian, CHEN Jun, BI Shihai

School of Mechanical Engineering,Xinjiang University,Urumqi 830017,China

Received:2025-08-14 Online:2026-06-18 Published:2026-07-02

摘要/Abstract

摘要： 为提升工业机器人空间示教的自然交互性与部署效率,设计并实现了一种基于混合现实(Mixed Reality,MR)与数字孪生(Digital Twin,DT)的工业机器人路径引导与轨迹控制系统(工业机器人虚拟示教系统)。该系统以HoloLens 2为空间交互终端,结合Unity平台构建工业机器人孪生模型,集成路径点手势输入、一阶低通滤波、逆运动学求解与Socket通信控制模块,构建“设定-反馈-调整”闭环路径控制流程。通过对UR10协作机器人在三通管焊接场景下进行空间示教与轨迹执行测试,结果表明:该系统在典型路径下末端位置误差小于1.5 mm,姿态角误差控制在0.71°以内,显著提升了轨迹输入的稳定性与空间操作的直观性。该系统适用于复杂结构场景中机器人的快速部署与精细作业,具有良好的工程实用价值与技术拓展潜力。

关键词: 混合现实, 数字孪生, 机器人路径示教, 轨迹滤波, 空间交互

Abstract: To enhance the intuitiveness and deployment efficiency of industrial robotic spatial teaching,an path guidance and trajectory control system combining Mixed Reality (MR) and Digital Twin (DT) technologies was designed and implemented. The system employed HoloLens 2 as a spatial interaction terminal and constructed a industrial robot twin model in the Unity platform,integrating fingertip path input,trajectory smoothing filter,inverse kinematics solver,and real-time Socket-based communication. A closed-loop control workflow was established to support ″input-feedback-adjustment″ cycles. Experiments on spatial teaching and trajectory execution of a UR10 collaborative robot in a three-way pipe welding scenario show that,along typical paths,the system achieves an end-effector position error below 1.5 mm and an orientation error within 0.71°. These results confirm its effectiveness in enhancing trajectory stability and spatial intuitiveness,while enabling rapid deployment and precise operation of robots in complex structural environments with strong engineering applicability and extensibility.

Key words: mixed reality, digital twin, robotic path teaching, trajectory filtering, spatial interaction

中图分类号:

李东宣, 孙文磊, 李品文, 刘爱田, 陈俊, 毕士海. 基于混合现实与数字孪生的工业机器人虚拟示教系统设计^*[J]. 现代制造工程, 2026, 549(6): 21-31.

LI Dongxuan, SUN Wenlei, LI Pinwen, LIU Aitian, CHEN Jun, BI Shihai. Design of an industrial robot virtual teaching system based on mixed reality and digital twin[J]. Modern Manufacturing Engineering, 2026, 549(6): 21-31.

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Design of an industrial robot virtual teaching system based on mixed reality and digital twin

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