KAANH_Digital_Twin 是一个基于 PyQt5 的机器人数字孪生仿真平台，集成了 3D 实时渲染、视觉伺服控制、轨迹规划与硬件通信功能。
- 实时 3D 孪生仿真：内置 30Hz 刷新率的 3D 渲染视图，支持机器人姿态实时反馈、摄像头视野 (FOV) 预览与运动轨迹可视化
- 多模态运动控制：支持通过 WebSocket 进行基础关节/笛卡尔控制，以及通过 UDP 协议实现 2-5ms 级低延迟高速随动控制 (Follower Mode)
- 视觉伺服与传送带追踪：内置 60Hz 高频状态机与 FastIK 微秒级逆解引擎，支持动态目标识别、前馈补偿悬停与精准抓取
- 工业级沉浸 UI：采用 Dark Fusion 主题，模块化面板设计（基础控制、高级运动、视觉引导），专为工业平板环境优化
| 技术 | 版本 | 用途 |
|---|---|---|
| Python | >=3.8 | 核心开发语言 |
| PyQt5 | ^5.15 | 图形用户界面开发 |
| PyVista/OpenGL | - | 3D 模型渲染与运动仿真 |
| FastIK (C++ Binding) | - | 机器人正逆运动学极速解算引擎 |
| WebSocket & UDP | - | 硬件设备低延迟与高频数据通信 |
- Python 3.8 或更高版本
- Windows 10/11 操作系统 (推荐)
- 可用的网卡环境 (用于与控制器进行 TCP/UDP 交互)
# 1. 克隆或进入项目根目录
cd python-robotics-sim
# 2. 安装 Python 核心依赖项
pip install -r requirements.txt
# (注: 请确保包含 PyQt5, pyvista, numpy, pandas 等基础库)# 启动 KAANH_Digital_Twin
python KAANH_Digital_Twin_launcher.py- 连接机器人：在右侧【基础控制】选项卡的
连接与状态面板输入机器人 IP，点击连接并使能 - 3D 可视化：左侧实时渲染机器人当前姿态。勾选或取消
显示摄像头视野切换 FOV - 视觉追踪：切换到【视觉引导】选项卡，加载 CSV 轨迹并利用
UDP 增量执行体验自动化流水线与跟随功能
上图展示了 KAANH_Digital_Twin 的实际运行效果：3D 数字孪生实时渲染、机器人状态监控与关节控制、视觉追踪与跟随模式演示。
python-robotics-sim/
├── KAANH_Digital_Twin/ # KAANH_Digital_Twin 核心功能与前端界面目录
│ ├── app.py # 应用程序入口，负责 QApplication 的初始化及深色主题样式配置
│ ├── main_window.py # KAANH_Digital_Twin 主窗口，负责各功能面板（UI）与业务服务（Logic）的集成与跨线程调度
│ ├── robot_controller.py # 硬件抽象网关，封装 WebSocket 基础指令与 UDP 高速指令的收发逻辑
│ ├── robot_3d_widget.py # 3D 可视化视口，基于 PyVista 渲染机器人的实时动作与摄像头视野
│ ├── signals.py # 信号总线中心，定义全局 PyQt 信号以实现工作线程与 UI 线程的安全通信
│ ├── config.py # KAANH_Digital_Twin 全局静态配置与参数定义
│ ├── core/ # [核心状态与防护模块]
│ │ ├── robot_state.py # 线程安全的数据仓库，维护机器人的实时状态（关节角、TCP、工作模式等）
│ │ └── safety_guard.py # 运动安全拦截器，校验运动指令的合法性（速度限制、软限位检查等）
│ ├── logic/ # [复杂业务逻辑层]
│ │ ├── conveyor_tracking_service.py # 核心业务算法：运行于 60Hz 的 4 阶段传送带动态追踪与前馈补偿状态机
│ │ ├── trajectory_service.py # 轨迹规划服务：离线轨迹点解析、插补算法及点位序列管理
│ │ └── vision_service.py # 视觉交互服务：负责与外部 YOLO/相机流对接及坐标系变换
│ ├── render/ # [底层 3D 渲染组件]
│ │ ├── robot_model.py # 机器人运动学模型定义（DH参数）及 3D 网格 (STL) 文件加载
│ │ └── robot_renderer.py # 核心渲染器：处理光影、网格材质、轨迹线绘制及实时位姿矩阵更新
│ └── ui/ # [细分 UI 面板组件]
│ ├── connection_panel.py # 连接面板：机器人 IP 登录、使能状态管理
│ ├── robot_status_panel.py# 状态面板：实时数值显示（笛卡尔坐标、关节角度、网络延迟等）
│ ├── joint_control_panel.py# 点动面板：提供各关节、笛卡尔方向的 Jogging (点动/连动) 按键
│ ├── teleop_panel.py # 遥操作面板：映射外部手柄或按键触发 UDP 高速随动指令
│ ├── follower_panel.py # 随动面板：一键启动 Follower 模式及底层 UDP 流状态管理
│ ├── vision_panel.py # 视觉面板：加载 CSV 轨迹点、参数配置及触发追踪流水线
│ └── log_panel.py # 日志面板：捕获被重定向的控制台输出，实时打印系统运行状态与错误
├── fast_ik/ # C++ 优化的底层逆解算法封装 (供 logic 层调用)
└── docs/ # 详细技术文档与规范指南