1-3_仿真-虚拟实验室 | 伯涵的博客

Created by

Created time

Nov 2, 2025 06:35 AM

Category

模块一

Last edited by

Last updated time

Nov 2, 2025 06:53 AM

这节课，张冬会老师介绍七八种仿真的方式，英伟达的ssac sim和matlab，老师的观点很好，所有的工具，都是工具，我们不要把重点放在工具本身。

不以商业目的使用的破解软件，是不违法的。所以学生使用破解软件上是不违法的

硬件电路的仿真工具，qucs-s，可以让你用硬件描述语言，将自己想要的功能的编到硬件中去，验证完成后，部署到FPGA

什么叫单片机？

单片机就是单片的计算机

仿真的好处就在于，可以在平台上首先进行想法验证，通过后再买响应的板子进行开发，可以大大降低成本

电子电路仿真

•Qucs-S：支持模拟/数字混合仿真的强大开源工具。核心是调用 SPICE 内核进行精确的电路行为模拟。

Qucs-S: Qucs with SPICE

You can run Qucs-S on all Linux platforms using AppImage without building it from source. This way is preferrable, if there is no prebuilt package for your distribution and/or you have not root access to the machine. Otherwise it is recommneded to install the binary package from the repository (see the section above).

https://ra3xdh.github.io/

• Proteus：以单片机仿真为特色，支持从51单片机到ARM Cortex-M系列等多种MCU，可以直接仿真整个嵌入式系统。

PCB Design and Circuit Simulator Software - Proteus

Proteus Design Suite by Labcenter Electronics, leading EDA software including schematic capture, advanced simulation, PCB autorouting, MCAD integration and much more.

https://www.labcenter.com/

• Tinkercad：基于浏览器的入门级电子仿真和3D建模工具，集成Arduino编程仿真，对初学者极其友好。

Tinkercad

Tinkercad is a free, easy-to-use app for 3D design, electronics, and coding.

https://www.tinkercad.com/

嵌入式与物联网仿真

• 代表平台：Wokwi

• 特点：专为物联网和嵌入式设计，支持Arduino, ESP32, STM32等多种流行平台。 • 能力：不仅仿真电路，还仿真代码执行、传感器数据、通信协议（如MQTT）和外设（如LCD屏）。可以在浏览器里完成一个完整的物联网温湿度监测项目的开发与调试。

Wokwi - World's most advanced ESP32 Simulator

IoT and Embedded System Simulator: ESP32, STM32, Arduino, Raspberry Pi Pico, displays, sensors, motors and WiFi simulation.

https://wokwi.com/

机器人与具身智能仿真

• RoboTwin 2.0：专注于双手操控任务的大规模仿真数据生成与评测平台，强调通过“语言模型+仿真”生成代码和策略。

Robot Simulation Platform

RoboTwin 2.0: A Scalable Data Generator and Benchmark with Strong Domain Randomization for Robust Bimanual Robotic Manipulation

https://robotwin-platform.github.io/

• NVIDIA Isaac Sim: 基于PhysX物理引擎的高性能机器人仿真平台，是行业基础之一。

NVIDIA Isaac Sim

A reference application enabling developers to design, simulate, test, and train AI-based robots and autonomous machines in a physically-based virtual environment.

https://developer.nvidia.com/isaac/sim

• InternUtopia (桃源)：目标更宏大，构建包含10万+场景的“虚拟世界”，用于训练通用智能机器人的多场景导航和交互能力。

InternUtopia — Intern Robotics Documentation v0.0.1 documentation

Documentation for users who wish to build sphinx sites with pydata-sphinx-theme.

https://internrobotics.github.io/user_guide/internutopia/

• XR Teleoperate：通过VR/AR设备远程操控真实机器人，其核心价值在于采集高质量的人类示范数据，用于模仿学习。

unitreerobotics/xr_teleoperate | DeepWiki

The `xrteleoperate` system is a comprehensive teleoperation platform that enables real-time control of Unitree humanoid robots (G1, H1 series) through Extended Reality (XR) devices such as Apple Visio

https://deepwiki.com/unitreerobotics/xr_teleoperate

机械与结构仿真

各个工具的作用串联

电路与底层控制仿真（咖宝的“神经反射”测试）：

在Qucs-S中设计驱动“咖宝”手臂电机的电路，仿真各种负载下的电流和电压，确保不会烧坏电机。
在Proteus中为“咖宝”的主控单片机编写程序，仿真整个控制流程：从传感器读取数据 -> 处理 -> 发出指令，无需焊接一块电路板就能完成底层软件调试。

技能学习与训练仿真（咖宝的“数字双胞胎”）：

建立模型：在NVIDIA Isaac Sim或RoboTwin中，创建一个和真实“咖宝”一模一样的虚拟模型（数字双胞胎）。它的重量、关节摩擦力、相机视角都和真实世界完全一致。
安全试错：让虚拟“咖宝”在办公室里学习送咖啡。它可以每秒失败1000次：打翻咖啡、撞到墙壁、摔倒在地……这些“挫折”都变成训练数据，帮助它快速学习如何保持平衡、如何抓稳杯子。零咖啡浪费，零设备损坏。
学习人类：通过XR Teleoperate技术，工程师戴着VR手套直接操控虚拟“咖宝”，教它如何优雅地拿起咖啡杯。这些人类示范数据被记录下来，成为AI模仿学习的范本。

应对未知环境仿真（咖宝的“应急演练”）：

在InternUtopia生成的10万种不同场景中训练“咖宝”：办公室突然多了个箱子、地面被打湿了、有人突然伸手……让它见识无数种突发状况，从而获得强大的泛化能力，能在真实世界中从容应对各种意外。

结构与外壳仿真（咖宝的“体格”检查）：

用FreeCAD设计“咖宝”的外壳，并用它的仿真功能测试外壳的强度，确保它摔倒时不会碎裂。
用Code_Aster进行更精确的力学分析，优化它的结构，让它更轻、更坚固、更省电。