[發(fā)明專利]數字孿生技術的焊接機器人仿真方法、系統、設備及介質

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210405803.X
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114692425B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 徐勁力;劉萬志;盧杰;黃豐云;潘昊;張曉帆;劉畋漁
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F18/25;B25J9/16;B23K37/02
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 張璐

1.一種基于數字孿生技術的焊接機器人仿真方法，其特征在于，包括：

實時獲取焊接機器人在運行狀態(tài)下的動態(tài)數據，所述動態(tài)數據包括位置數據和焊接數據；

將所述位置數據進行數據融合后生成控制指令；

構建所述焊接機器人的數字孿生仿真平臺，根據所述焊接數據并基于所述數字孿生仿真平臺執(zhí)行所述控制指令，輸出仿真數據；

所述實時獲取焊接機器人在運行狀態(tài)下的動態(tài)數據，包括：

實時獲取在預定時間間隔采集的所述焊接機器人在運行時的角速度信息、角加速度信息、電流信息、電壓信息、力矩信息和扭矩信息；

其中，所述位置數據包括角速度信息和角加速度信息，所述焊接數據包括電流信息、電壓信息、力矩信息和扭矩信息；

所述將所述位置數據進行數據融合后生成控制指令，包括：

基于四維一階卡爾曼濾波對所述角速度及角加速度數據進行數據融合，獲取當前時刻各關節(jié)的角度值；

利用所述各關節(jié)的角度值對各關節(jié)的姿態(tài)進行解算，生成驅動所述焊接機器人各關節(jié)運行的所述控制指令；

其中，所述四維一階卡爾曼濾波對應的系統狀態(tài)方程為=，其中，用表示當前時刻k狀態(tài)的最優(yōu)估計值，dt表示采樣周期，且包含角度A、角速度v以及角加速度a的向量：，；

其中，，

，

，

；

將以上方程改為矩陣形式，可以得到：

，

得到狀態(tài)轉移矩陣，；

狀態(tài)方程的觀測輸出是角速度和角加速度：；

將觀測方程寫為矩陣形式，可以得到矩陣方程：

，進而得到H=；

基于四維一階卡爾曼濾波對所述角速度及角加速度數據進行數據融合，獲取當前時刻各關節(jié)的角度值，具體包括：

第一步、預測當前狀態(tài)，確定先驗估計方程：，其中，為本次先驗估計值，為狀態(tài)轉移矩陣，為上一時刻狀態(tài)最優(yōu)估計值；

第二步、預測協方差矩陣：，系統狀態(tài)量有A、v、a，協方差矩陣為三階矩陣，為上次協方差矩陣，初始協方差矩陣為對角陣，對角上每個值為三個變量對應的初始協方差，為單位矩陣，為過程誤差，是3階對角陣，對角上的每個值為三個變量對應的過程誤差；

第三步、計算卡爾曼增益：由卡爾曼增益系數方程，得到，式中為測量誤差，是3階對角陣，對角上的每個值為三個變量對應的觀測噪聲值；

第四步、計算當前時刻k狀態(tài)的最優(yōu)估計結果：，方程中得到的即為當前時刻k狀態(tài)的最優(yōu)估計值，其中，為當前時刻傳感器的實際測量值；

第五步、更新協方差矩陣：，其中I為單位矩陣。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，構建所述焊接機器人的數字孿生仿真平臺，包括：

基于仿真軟件構建所述焊接機器人的數字孿生仿真模型；

基于仿真軟件構建虛擬控制器；

構建所述數字孿生仿真模型各關節(jié)與所述虛擬控制器的結構連接網絡，根據所述數字孿生仿真模型、所述虛擬控制器以及所述結構連接網絡構建所述數字孿生仿真平臺。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據所述焊接數據并基于所述數字孿生仿真平臺執(zhí)行所述控制指令，輸出仿真數據，包括：

根據焊接數據以及所述控制指令在所述數字孿生仿真平臺中基于所述數字孿生仿真模型創(chuàng)建虛擬焊接機器人各關節(jié)的驅動控制腳本，并配置所述虛擬控制器對所述虛擬焊接機器人各關節(jié)驅動控制腳本；

基于所述虛擬控制器對所述虛擬焊接機器人各關節(jié)驅動控制腳本對所述仿真平臺中虛擬焊接機器人的各關節(jié)進行實時仿真，并輸出仿真數據。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述仿真數據包括各關節(jié)角度數據及焊槍末端位置坐標、焊槍傾斜角度。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：

在所述數字孿生仿真平臺中實時顯示所述動態(tài)數據與所述仿真數據。