[發明專利]一種結合智能視覺的工業機器人數字孿生系統及其運行方法

在審

• 申請號: 202010414632.8
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111633644A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 劉欽輝;董仕杰;李江;王能建;商振;馬彤彤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J19/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種結合智能視覺的工業機器人數字孿生系統及其運行方法，包括物理層、信息層、虛擬層及連接層；物理層包括工業機器人、機器人控制設備與數據采集設備，物理層借助數據采集設備采集機器人的運行狀態數據，并傳輸至信息層；信息層包含運行狀態數據庫、智能化分析模型與作業指令系統；虛擬層通過三維可視化引擎實現，包含機器人數字孿生模型與系統服務模塊，利用信息層的數據對工業機器人進行三維狀態映射并提供功能服務；連接層負責物理層與信息層之間、信息層與虛擬層之間的數據交互。本發明利用消息中間件進行數據傳輸，降低了系統各功能模塊之間的耦合程度，具有較高的可擴展性。

技術領域

本發明涉及一種結合智能視覺的工業機器人數字孿生系統，屬于智能制造與工業設備數字化技術領域。

背景技術

數字孿生作為連接物理世界和信息世界的橋梁，可有效實現信息物理系統的融合，成為實現智能制造的有效途徑，在近期得到了廣泛和高度關注。目前數字孿生在車間與機床等方面的研究與應用較多，但整體還處于初級探索階段。同時，人工智能、大數據等新一代信息技術發展迅猛，在工業領域的應用開始增多。

工業機器人是當前及未來智能工廠的重要組成部分，是實現智能制造的重要設備。但目前的工業機器人大多在結構化的環境中工作，缺少智能視覺來提供外界感知，并且缺乏對工業機器人的智能化管控。為滿足工業機器人在智能制造中的需求，利用結合智能視覺的數字孿生技術來提高工業機器人的智能化水平是非常有必要的。

數字孿生在工業機器人等工業設備上的應用并不多，公開號為CN109571476A的中國專利申請公開了一種工業機器人數字孿生實時作業控制、監控與精度補償方法，建立了工業機器人與其數字孿生模型之間的聯系。機器人數字孿生模型與機器人控制器之間通過雙方開發的接口進行數據通訊，包括以太網、Modbus、Can或串口的方式。機器人數字孿生模型在實時的關節角數據的驅動下運動，并將數據發送給機器人控制器，驅動機器人同步運動，并通過機器人控制器實時采集機器人角度信息，并與機器人數字孿生模型的關節角信息做比較，對誤差進行補償操作。

該工業機器人數字孿生實時作業控制、監控與精度補償方法僅對機器人的關節角信息進行采集、計算與補償，數據采集與分析不夠全面，并未從提高工業機器人智能化水平的角度出發，也并未建立完整的數字孿生系統。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工業機器人數字孿生系統。系統可實現機器人與機器人數字孿生模型之間的狀態映射，并借助智能化手段，為工業機器人進行目標識別定位與智能化狀態分析，提高工業機器人的智能化水平。

本發明的目的是這樣實現的：一種工業機器人數字孿生系統，包括物理層、信息層、虛擬層及連接層；物理層包括工業機器人、機器人控制設備與數據采集設備，物理層借助數據采集設備采集機器人的運行狀態數據，并傳輸至信息層；信息層包含運行狀態數據庫、智能化分析模型與作業指令系統；虛擬層通過三維可視化引擎實現，包含機器人數字孿生模型與系統服務模塊，利用信息層的數據對工業機器人進行三維狀態映射并提供功能服務；連接層負責物理層與信息層之間、信息層與虛擬層之間的數據交互。

優選的，在所述物理層中，數據采集設備包括數據采集服務器、傳感器和相機，負責實時采集機器人的運行狀態數據，包括關節角度數據、末端執行器壓力數據、運動速度數據、電機溫度數據、工作場景圖像。

優選的，在所述信息層中，作業指令系統包含運動學求解模塊、軌跡規劃模塊和指令生成模塊，用于生成控制指令控制工業機器人與機器人數字孿生模型運動；運行狀態數據庫基于關系型數據庫構建，用于對系統中的數據進行組織、存儲與管理；智能化分析模型包括智能視覺識別定位模型、故障檢測模型與狀態預測模型。