仿真是利用一个模型来模仿实际系统所发生的运动过程进行试验的技术，仿真技术在科学研究、工程设计、军事演练等领域中，早已广泛应用。现代计算机与仿真相结合，形成了计算机仿真技术，为仿真赋予新的内涵，并开辟了更加广阔的应用空间。计算机仿真技术作为一门新兴的高技术，在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。

传统的产品开发过程一般分为功能设计、结构设计、样机研制与试验等几个阶段。其中样机制造与试验是传统产品开发过程中不可缺少的环节。虽然样机制造和试验可以解决许多在设计中无法预料的问题，但也带来了一个负面影响，即增加产品成本和延长了设计周期。随着计算机科学技术的发展和广泛运用，虚拟样机技术的出现解决了这个问题。它可以在计算机上方便地修改设计缺陷，仿真试验相同的方案，对整个系统进行不断改进，直至获得优化设计方案以后，再出物理样机。

随着机器人技术的迅速发展，机器人在各方面也得到了广泛的应用。然而由于机器人综合了机、电、液的复杂动态系统，因此通过计算机仿真来模拟系统的动态特性，才能揭示机构的合理运动方案及有效的控制算法，从而解决在机器人设计、制造以及运行过程中的问题。机器人仿真技术大致分为以下几类：

1）对制造系统中机器人的应用开展的研究，如柔性制造系统或计算机集成制造系统中机器人的仿真问题。

2）针对机器人本身的特性进行仿真研究，如运动学仿真、动力学仿真、轨迹规划和碰撞检验等问题。

3）机器人离线编程系统的研究，如利用仿真生成满意的运动方案自动转换成机器人控制程序去驱动控制其动作。机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是20世纪80年代随着计算机发展起来的一项新技术，其核心是机械系统运动学和动力学仿真技术，同时还包括三维CAD建模技术、有限元分析技术、机电液控制技术、最优化技术等相关技术，见图3-1。运用虚拟样机技术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，提高产品的系统性能，获得最优化和创新的设计产品。以计算机辅助设计为基础，把虚拟技术和仿真技术相结合，为产品的研发提供了一个全新的设计方法。这些技术构成了功能完善的虚拟样机系统的技术体系。包含技术简介如下：

（1）三维建模的计算机辅助设计技术（CAD） 用于机械系统的几何建模，以及展现机械系统的仿真分析结果。

（2）有限元分析（FEA）技术 可以利用机械系统的运动学和动力学分析结果，输出进行机械系统有限元分析所需的载荷和边界条件。同时也可利用有限元分析对构{’f’}应力、应变和强度的结果，进行进一步的分析。(www.daowen.com)

（3）模拟各种作用力的软件编程技术 虚拟样机软件运用开放式的软件编程技术进行模拟，例如：液压冲击、气动力、风力、轮胎振动等，以满足各种机械系统的要求。

（4）利用实验装置的实验结果进行构件的建模 实验结果经过线性化处理输入机械系统，成为机械系统模型的一个组成部分。

图3-1 虚拟样机系统

（5）控制系统设计与分析技术 虚拟样机软件可以运用经典和现代控制理论，进行机械系统的运动仿真分析。或者可以应用其他专用的控制系统分析软件，进行机械系统和控制系统的联合分析。

（6）优化设计和分析技术 运用虚拟样机分析技术进行机械系统的优化设计和分析，通过优化分析，确定最佳设计结构和参数值，使机械系统获得最佳的综合性能。