[發明專利]一種物理行為仿真系統的構建方法及運動機構的控制方法

有效

• 申請號: 201910514906.8
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110222450B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 陳亮希;陳興玉;魏一雄;田富君;郭磊
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發明公開了一種物理行為仿真系統的構建方法及運動機構的控制方法，所述方法包括：利用Unity 3D平臺構建產線制造資源和在制品的三維模型，并建立Unity 3D平臺與Tingworx平臺的實時通訊；按物理產線運動規則劃分三維模型中運動機構模型的父子級關系和運動約束，建立模型運動驅動模塊；在三維模型上設置碰撞觸發器和光線投射觸發器；建立物理動作驅動模塊，物理動作驅動模塊根據Tingworx平臺發送的實時數據以及三維模型上發送的虛擬觸發信號控制三維模型模擬真實物體間碰撞、拾取、放置以及推拉的動作。本發明的優點在于：利用Unity 3D平臺完成實時數據驅動下物理行為仿真系統的搭建。

技術領域

本發明涉及智能生產線數字孿生技術領域，更具體涉及一種物理行為仿真系統的構建方法。

背景技術

在傳感器、物聯網、大數據等技術的發展下，數字孿生技術已經成為實現支撐智能制造發展的關鍵技術之一。數字孿生技術是以數字化的方式創建物理實體的虛擬模型，借助安裝在物體上的傳感器呈現和分析物體的實時狀態，并借助實時數據驅動虛擬模型進行實時仿真，其對物理實體過去和目前的行為進行動態呈現，有助于提升企業績效。其中，基于實時數據驅動的物理行為仿真系統是構建數字孿生體最基本的要求之一，由于智能生產線結構復雜度高、設備數據量大、不穩定性高的特點，急需一種構建基于實時數據驅動的物理行為仿真系統的方法。

目前的動力學仿真系統多是基于傳統CAD軟件構造的三維模型，對零件的加工過程、產品的裝配過程、生產的規劃進行3D模擬并驗證。由于產線的三維模型體量較大、仿真系統與硬件設備數據實時交互性差等原因，基本不能實現基于實時數據驅動的仿真模擬。如此，達不到對物理實體過去和目前的行為進行動態呈現，也不能發揮數字孿生技術的優勢。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于現有技術的物理行為仿真系統基于傳統CAD軟件構造的三維模型，不能實現基于實時數據驅動的仿真模擬的問題。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種物理行為仿真系統的構建方法，所述方法包括：

步驟一：利用Unity 3D平臺構建產線制造資源和在制品的三維模型，并建立Unity3D平臺與Tingworx平臺的實時通訊；

步驟二：按物理產線運動規則劃分三維模型中運動機構模型的父子級關系和運動約束，建立模型運動驅動模塊；

步驟三：在三維模型上設置碰撞觸發器和光線投射觸發器，并建立虛擬觸發信號管理單元，虛擬觸發管理單元用于管理碰撞觸發器和/或光線投射觸發器發出的虛擬觸發信號，建立觸發器與虛擬觸發信號之間的聯系；

步驟四：建立物理動作驅動模塊，物理動作驅動模塊根據Tingworx平臺發送的實時數據以及三維模型上發送的虛擬觸發信號控制三維模型模擬真實物體間碰撞、拾取、放置以及推拉的動作。

優選的，步驟一中，所述利用Unity 3D平臺構建產線制造資源和在制品的三維模型包括：將產線制造資源和在制品的CAD模型導入PIXYZ軟件進行模型輕量化處理并導出FBX格式的第一文件；將第一文件導入3D Max對CAD模型進行局部光順化處理和貼圖處理，并導出FBX格式的第二文件；將第二文件導入Unity 3D中，利用虛實環境標定注冊完成虛擬運動機構與實際環境的運動機構的坐標方位準確匹配。

優選的，步驟一中，所述建立Unity 3D平臺與Tingworx平臺的實時通訊包括：對Thingworx平臺與Unity 3D平臺中關于同一變量數據格式的比對，建立映射關系，然后通過RestfulAPI協議，建立Unity 3D平臺與Thingworx平臺的實時通訊。

優選的，步驟二中，按物理產線運動規則劃分三維模型中運動機構模型的父子級關系包括：按照真實世界中運動機構遵循的運動規范和主隨動關系劃分三維模型中運動機構模型的父子級關系。