机电一体化产品集机械结构、电子硬件和控制系统于一体,随着功能需求越发多样,控制程序越发复杂,使用仿真软件辅助进行机电产品的研发调试具有重要意义。目前主流的仿真软件,或是三维展示效果太差,或是实时性不足,或是无法连接机械电子软件进行综合仿真。针对这种情况,本文设计了一种机电软一体化仿真系统,完成硬件设计制作和软件编写,研究了系统主要性能,并通过实物实验验证了仿真系统功能。本文主要研究内容如下:第一,结合调研内容提出了机电软一体化仿真系统设计方案。该系统分为用于连接外部系统的下位机数据交互系统和用于运动控制模拟的上位机仿真平台。第二,以电路板为载体,分采集和通讯两个模块完成下位机数据交互系统的设计和制作。采集模块以LPC1114作为采集芯片,包含8路电机脉冲方向信号采集、24路电机限位信号反馈和16路通用输入、输出接口,均通过光耦隔离以适应不同电压;通讯模块以LPC11C24为通讯芯片,包含用于上下位机通讯的RS232电路、连接扩展电路板的CAN接口电路和用于板内芯片通讯的IIC电路。第三,基于Unity3D虚拟现实引擎搭建了上位机仿真平台。通过刚体和关节组件、父子关系以及提取公共参数的方法解决了Unity3D中无机械配合关系的问题。在仿真平台中编写了串口数据交互程序,设计了运动控制、干涉检测和运动信息输出功能。仿真平台通过外部真实信号控制仿真模型运动,实时记录模型运动坐标和干涉碰撞信息,输出运动节拍图和空间轨迹图以校验控制程序正确性。第四,完成仿真系统搭建后,以显示实时性和采集准确性等主要性能为对象开展研究。首先分析各环节工作频率数值及相互关系,证明系统采集精度和显示精度满足要求。以GALIL运动控制卡进行实验,得到系统精确采集频率达1MHZ以上、帧刷新频率略快于串口传输速率可使系统脉冲采集更加稳定的结论。第五,以某草坪毯自动修补机器人作为仿真对象进行了机电耦合仿真。首先阐述草坪毯修补机器人机械结构和修补原理。然后搭建了联合仿真平台。最后通过修补工艺仿真,输出修补机器人关键结构运动时序图、空间轨迹图,发现物体运动时序贴合程序逻辑,随参数修改变化,验证了仿真系统的功能。