机器人工程师可以从汽车实时仿真 中学到什么

我们认为，机器人团队应尽早将经过验证的实时仿真 和硬件在环（HIL）测试整合到他们的流程中，以便更快地制造出更安全、更可靠的机器人。这种方法直接解决了机器人技术中的关键难题：在不危及人员或设备的情况下安全地测试边缘情况，依靠物理原型进行冗长的开发，以及集成许多传感器和执行器的复杂性。通过使用高保真机器人仿真 软件和 HIL 系统对设计进行虚拟测试，汽车工程师在很大程度上克服了这些障碍。机器人仿真 提供了 成本效益机器人 仿真提供了一种经济、安全的方法来开发和验证多种场景下的复杂系统。

汽车领域的实时仿真 表明，无需物理原型的测试更安全、更快速

汽车制造商曾经不得不为每次设计迭代制造多个物理原型--这是一个缓慢、昂贵和有限的过程。现在，工程师们使用实时仿真对车辆和场景进行虚拟建模，大大缩短了开发时间。例如，用物理方法构建和测试一个新设计可能需要数周时间，而在仿真 中只需要 小时或几分钟。.通过这种快速周转，团队可以评估许多设计变体，并比以前更快地找到最佳解决方案。

仿真还能使测试更安全、更全面。 某些试验可以在虚拟模型中例行进行。碰撞测试就是一个很好的例子，物理碰撞测试会破坏昂贵的原型车，而且只能涵盖有限的几种情况，而模拟碰撞测试则可以让工程师在不破坏车辆的情况下进行无数次事故模拟。通过在软件中探索这种极端情况，汽车制造商可以在切割金属之前就完善安全功能。无风险测试意味着设计可以在真实硬件无法测试的条件下进行审查，从而从一开始就能制造出更坚固耐用的汽车。

汽车仿真 方法帮助机器人安全应对边缘情况

机器人系统面临着自己罕见的极端条件，这些条件很难再现，但做好准备却至关重要。正如汽车制造商仿真 不寻常的碰撞场景一样，机器人工程师也可以使用类似的方法来确保他们的机器能够应对突发情况。高保真机器人仿真器 可以让团队安全地再现危险情况或故障模式，而在实体机器人上进行测试是不切实际的。

• 人机交互失误：在协作机器人技术中，人可能会意外地踏入机器人的路径。仿真让工程师能够模拟这种突然的交互，并调整机器人的逻辑以做出安全的反应，而不会将人或设备置于危险之中。
• 传感器故障或噪音：在仿真中，开发人员可以关闭一个传感器或添加极端噪声，并验证软件是否触发了适当的故障安全保护。
• 极端条件：在冰冷的地面或酷热的环境中，团队可以仿真 这些危险的条件，并相应地对控制算法进行微调，而不是让昂贵的设备冒风险。
• 多机器人或拥挤场景：多个机器人或自动驾驶车辆可能会相互干扰；仿真 可让工程师测试最坏情况下的互动（如机器人聚集在一处），并确保避免碰撞的策略在没有任何物理风险的情况下成立。
• 意外的故障组合：有时，一连串不可能发生的市场活动会导致事故。虚拟测试可以同时引入多个故障，例如在机械过载时传感器出现故障，以了解机器人如何应对复合压力。

首先在仿真 中演练这些边缘案例，意味着团队可以在进行任何物理测试之前，确保机器人做出安全可靠的响应。事实上，一个 HIL 实验室设置就能覆盖数百万英里的测试里程，远远快于现场试验，而且还能根据需要随时评估特定天气的边缘案例。

HIL仿真 将虚拟模型与物理机器人连接起来，进行综合测试

纯粹的虚拟测试非常宝贵，但汽车工程的另一个关键经验是尽早将真实硬件与仿真结合起来。硬件在环（HIL）仿真将物理控制器或组件与机器人的虚拟模型连接起来，让它们实时同步运行。长期以来，汽车工程师一直使用 HIL 来测试电子控制单元 (ECU)，早在汽车制造之前就用模拟车辆进行了测试。同样，机器人团队也可以将机器人的实际控制器（和其他硬件）插入高保真模拟机器人，观察整个系统的运行情况，就像组装起来一样。

如果没有 HIL，团队可能只能在制造出第一个完整的机器人原型后才能发现集成错误。HIL 通过模拟控制器周围的每一个传感器信号和执行器输入，在最终组装之前就能进行全面的系统测试，从而避免了这些意外情况的发生。从本质上讲，机器人的大脑（其真正的控制软件和硬件）与机器人的数字孪生体在一个真实的循环中运行。如果出现问题，崩溃的只是模型，而不是昂贵的机器。

使用 HIL，团队可以快速迭代控制算法和硬件设置，因为每次测试都不需要完整的物理原型或实际设备。软件、电子和机械的复杂组合作为一个系统进行验证，因此问题可以在更容易修复的早期发现。总之，采用 HIL 可以更快地交付更可靠的机器人，因为在现场部署之前，系统的每个部分都已在实际循环中得到验证。

汽车行业的经验教训仿真 加速机器人技术创新

汽车工程师已经证明，实时仿真不仅是一种测试工具，还是创新的战略支柱。机器人团队可以从汽车行业中汲取三条重要经验，从而加快自己的进步：

尽早使用仿真 ，减少原型和风险

与其先制造后测试，不如从第一天开始就在模拟器中进行验证。现在，汽车行业的领导者尽可能以虚拟方式验证设计，而不是依赖多个原型。这种方法可以及早发现设计缺陷，从而节约成本和时间。它还能降低风险，因为模拟不会损坏设备或危及人身安全。 美国宇航局研究人员指出，与实际硬件相比，虚拟机器人具有许多优势，例如随时可用性和固有安全性。教训是显而易见的：及早集成仿真 可以让你自由地进行实验，快速失败，并在不造成实际后果的情况下解决问题。

通过仿真验证边缘方案

仿真提供了仅靠物理实验无法实现的安全测试水平。汽车制造商经常仿真 极端碰撞和恶劣条件，以微调车辆安全系统；同样，机器人团队也应使用先进的仿真 工具，对其设计进行压力测试。对于难以安全重现的场景，如工厂机器人遇到意外障碍或自主无人机失去 GPS 信号，可以进行虚拟演练，直到做出完美反应。当机器人制造出来并在现实生活中运行时，它的控制软件已经 "见识 "过数百种罕见的市场活动 仿真 ，并学会了如何应对。从汽车开发中汲取的这一教训是关于彻底性：不要等到现场失败时才发现弱点。相反，要积极寻找仿真 中的边缘情况，并事先加强机器人的安全性和可靠性。

通过 HIL 结合硬件和软件测试

现代汽车和机器人都混合了软件、电子和机械。汽车行业的经验是，在最终部署前通过 HIL 对这些子系统进行测试。将机器人的实际控制单元与机器的数字孪生单元同时运行，可确保传感器正确通信、控制回路保持稳定，以及整个系统按预期实时响应。当您打开实际机器人的电源时，意外情况就会大大减少，因为您基本上已经在虚拟躯体中与机器人的大脑进行了一次完整的彩排。将 HIL 测试作为一种标准做法，可大大提高对系统的信心，并有助于防止代价高昂的重做。

OPAL-RT 支持机器人实时仿真创新

基于这些经验，OPAL-RT为机器人团队提供了最先进的实时仿真和 HIL 测试平台。这些工具将高保真虚拟模型与物理机器人控制器集成在一起，让工程师在开发初期就能在现实条件下验证设计。例如，使用我们开放且可扩展的仿真器，您可以将实际控制硬件连接到高保真模拟机器人上。这种方法可以在组装真实系统之前，以安全、可重复的方式对控制算法、传感器集成和紧急情况进行详尽的测试。

长期以来，我们的技术一直帮助汽车和航空航天领域的创新者满怀信心地测试复杂系统。通过采用这些经过验证的仿真 工作流程，您可以更快地迭代和完善设计，并大大降低风险。实时协同仿真电气、机械和软件组件的能力意味着机器人的各个方面--从电机驱动器到自动驾驶 逻辑--都可以作为一个集成系统进行可靠性验证。有了一个值得信赖的实时仿真 合作伙伴，机器人工程师就有了一个强大的基础，可以制造出更安全、功能更强大的机器人，并在富有想象力的设计和可靠的部署之间架起一座桥梁。