[發明專利]一種基于數字孿生技術的工業涂膠機器人運行狀態監測方法

有效

• 申請號: 202010161152.5
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111230887B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 柏瑩;李紅;盛鵬;張貫虹
• 申請（專利權）人: 合肥學院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J11/00;B25J19/00
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 張祥騫

本發明涉及一種基于數字孿生技術的工業涂膠機器人運行狀態監測方法，與現有技術相比解決了難以針對工業涂膠機器人進行運行狀態預測的缺陷。本發明包括以下步驟：獲取傳感器所采集的工業涂膠機器人運行狀態數據；工業涂膠機器人運行狀態數據的預處理；構建數字孿生設備驅動模型；設備運行狀態的初期評價；數字孿生設備驅動模型的修正；工業涂膠機器人運行狀態的監測。本發明通過利用數字孿生驅動的設備運行模型，實現了工業涂膠機器人運行狀態的實時評價，從而獲得更為精準的操作建議、運維建議，實現設備運行的生命周期有效管理。

技術領域

本發明涉及工業設備運行監測技術領域，具體來說是一種基于數字孿生技術的工業涂膠機器人運行狀態監測方法。

背景技術

智能制造行業是立國之本、強國之基，從根本上決定著一個國家的綜合實力和國際競爭力，我國經濟進入新常態，制造業轉型升級進入關鍵時期。運用互聯網、物聯網、機器人等新技術、新業態、新模式，大力改造提升傳統制造業，將是我國從制造大國走向制造強國的重要一步。在利用智能機器人作業時，設備的穩定運行與準確的設備狀態預測是保證安全生產的關鍵環節，對產業升級與企業經濟效益的提升具有重大意義。

工業涂膠機器人在作業時，由于需要進行重物抓取、涂膠界面自我識別、噴涂、對接安裝、放回、歸位等復雜環節，長時間連續作業可能引起作業手臂的物理偏移。而目前的作業臂故障預警，往往是在出現較大設備故障或出現產線質量殘次時的報警，這對產線正常生產及智能工廠效率總體提升產生不良影響。同時，復雜環節的作業臂操作所受的影響因素較多，難以利用簡單的分析手段實現耦合數據的綜合性能分析。

在已有的壽命預測技術中，多采用運行時間作為評價指標，量化指標單一，對于具有復雜、多維狀態的工業機器人作業臂，難以實現準確的預判；且壽命預測后的健康指標評價對產線設備穩定生產意義重大。通過智能化軟件服務系統及其輔助裝置，可以實現設備在運行工況生命周期內的高效管控，實現產品生產的自適應與動態響應。

數字孿生技術是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數字孿生思想是高維空間中的復雜系統,在數字孿生思想的背景下，需要解決耦合數據融合，量化不確定性，設計和優化結構，同時處理大而嘈雜數據等諸多問題。

目前國內外對產品數字孿生體的系統性研究成果較少,產品數字孿生體的實現主要分布在產品設計、工藝設計、產品制造、產品服務、產品報廢回收等階段，用于模擬、監控、診斷、預測和控制產品在現實環境中的形成過程和行為。盡管已經初步探索了數字孿生的相關應用，但數字孿生的關鍵技術在與智能制造生產系統相結合的技術研究方面尚不成熟，主要表現在：1、在模型構建、信息物理數據融合、交互與協同等方面的理論與技術比較缺乏；2、針對獨立的生產、裝配設備，難以適應不同產品生產周期的變化等問題，構建完善的實物與裝配模型的關聯機制方面缺乏深度融合與應用；3、故障捕捉，虛實自主交互方面，由于實際干擾因素的影響，難以獲得精準判斷。

因此如何利用數字孿生思想，實現設備與模型的虛實交互，預測設備在生產運行階段生命周期內的疲勞狀態、運維狀態已經成為急需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中難以針對工業涂膠機器人進行運行狀態預測的缺陷，提供一種基于數字孿生技術的工業涂膠機器人運行狀態監測方法來解決上述問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于數字孿生技術的工業涂膠機器人運行狀態監測方法，所述的工業涂膠機器人包括往復運動關節組件，往復運動關節組件的關聯部位安裝有用于獲取位置信息三維數值的傳感器，往復運動關節組件的作業臂前端安裝有姿態傳感器，圖像采集裝置的圖像采集范圍位于作業臂前端，位差監測終端的監測范圍位于作業臂前端，所述的工業涂膠機器人運行狀態監測方法包括以下步驟：