CN111897239A - 一种双向数字模拟实时仿真系统及仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双向数字模拟实时仿真系统及仿真方法，所述系统包括设备端、虚拟端和云端服务器，设备端包括实体设备、信号采集设备和信号收发设备，虚拟端包括显示设备、工作站和信号收发设备。所述方法包括：将上述系统组装好并在工作站中建立实体设备的三维模型作为虚拟设备，操作者选定一个虚拟/设备端作为主控端，操作信号驱动虚拟/实体设备动作，同时通过对应的信号收发设备将操作信息发送至云端服务器，由云端服务器将信号发送给被控端的信号收发设备，使被控端的设备同步动作；且信号采集设备采集到实体设备的位姿信息并发送至虚拟端，在显示设备上显示实体设备的实时状态。本发明可实现设备远程同步操作，便于进行故障在线诊断及还原。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟仿真技术领域，特别地，涉及一种双向数字模拟实时仿真系统。
背景技术
现有的孪生虚拟仿真系统的工作过程如下：首先采集实体设备运行时的数据，然后将这些运行数据上传至电脑或者上位机设备中，最后采用常规的仿真软件对数据进行模拟。整个过程仅仅是对设备运行数据的分析研究，不具备实时反馈功能，研究结果也只能用于分析产品设备的性能。
这种孪生仿真系统存在如下缺陷：
①不能直观的实时显示出实体设备的当前状态，对于出现的问题只能进行事后分析，而不是及时反馈解决。
②不能实现对实体设备的远程操作及同步演示，限制了设备的使用环境。
③不能回放设备的操作动作及故障现象，只能通过数据进行分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现双向操作的数字模拟实时仿真系统，以解决背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种双向数字模拟实时仿真系统，包括设备端、虚拟端和云端服务器；所述设备端包括实体设备、信号采集设备和信号收发设备，所述虚拟端包括显示设备、工作站和信号收发设备，所述信号采集设备用于采集实体设备的实时位姿信息，所述工作站中设有虚拟设备，所述虚拟设备与实体设备的可动部分完全相同，所述显示设备用于显示虚拟设备的实时状态，所述云端服务器通过网络分别与设备端的信号收发设备以及虚拟端的信号收发设备进行信号传输，实现实体设备与虚拟设备间的动作状态同步，所述云端服务器还用于储存往来的操作信息和位姿信息。
优选地，所述虚拟设备为按照1:1比例复制实体设备及周边环境的三维模型。
优选地，所述显示设备为显示屏、VR头显、投影设备或手持终端。
优选地，所述信号采集设备为安装在实体设备可动部分上的多个传感器。所述传感器包括位于实体设备各关节部位的角度传感器以及各关键部位的摄像头等。
优选地，所述设备端与虚拟端的数量均为多个。
本发明还提供一种使用上述系统的双向数字模拟实时仿真方法，操作者选定一个虚拟端作为主控端并操作虚拟设备，操作信号驱动该虚拟设备动作，同时通过该虚拟端的信号收发设备将对应的操作信息发送至云端服务器，云端服务器记录操作信息并将信号发送给被控端的信号收发设备，使得被控端的设备也做出相应动作；
或者操作者选定一个设备端作为主控端并操作实体设备，操作信号驱动该实体设备动作，同时通过该设备端的信号收发设备将对应的操作信息发送至云端服务器，云端服务器记录操作信息并将信号发送给被控端的信号收发设备，使得被控端的设备也做出相应动作；
在上述操作过程中，设备端将实体设备的位姿信息通过云端服务器发送至虚拟端，虚拟端则通过显示设备显示虚拟设备的实时状态，实现虚拟端与设备端的设备状态相同。
优选地，所述被控端的数量为一个或多个；所述被控端为设备端和/或虚拟端。
优选地，所述主控端和被控端操作互锁。
本发明提供的技术方案至少具有如下有益效果：
1、本发明中的仿真系统及方法采用了实时远程通讯技术和三维仿真技术，实现了设备端与虚拟端的双向可操作，通过虚拟端对设备端的控制，实现对实体设备的远程同步操作及演示，在某些恶劣环境下可以进行无人化作业，通过设备端对虚拟端的控制，有利于操作人员掌握实体设备的实时工作情况，虚拟设备以三维模型的形式呈现，更加直观明了。
2、本发明中的仿真系统及方法可以实现异地多台虚拟设备或实体设备联动，且设备端的所有传感器信号、操作信号均记录于云端服务器中，通过实时查看这些操作数据可以在线诊断设备故障，在发生设备故障或者较大事故时，可以随时调出云端存储的信息，在虚拟端还原现场所有操作，通过重现故障现象来查找操作的失误点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明提供的双向数字模拟实时仿真系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种双向数字模拟实时仿真系统，包括设备端、虚拟端和云端服务器；所述设备端的数量为多个且每个设备端均包括实体设备、信号采集设备和信号收发设备，所述虚拟端的数量为多个且每个虚拟端均包括显示设备、工作站和信号收发设备。
所述信号采集设备为安装在实体设备可动部分上的多个传感器，用于采集实体设备的实时位姿信息。在所述工作站中按照1:1比例将实体设备及其周边环境建立为三维模型，得到虚拟设备，所述虚拟设备与实体设备的可动部分完全相同，所述显示设备用于显示虚拟设备的实时状态，所述云端服务器通过网络分别与设备端的信号收发设备以及虚拟端的信号收发设备进行信号传输，以实现实体设备与虚拟设备间的动作状态同步，所述云端服务器还用于储存往来的操作信息和位姿信息。
所述实体设备包括但不限于以下设备或机构：工程机械、汽车、机器人、无人机、机床等。
所述显示设备为显示屏、VR头显、投影设备或手持终端。
上述仿真系统的部分工作过程如下：
当操作者在虚拟端操作时，该虚拟端为主控端，虚拟设备在操作信号驱动下动作并显示在显示设备上，通过该虚拟端的信号收发设备将对应的操作信息发送至云端服务器，云端服务器接收到相关信息并储存，同时将操作信号下发至设备端的信号收发设备，设备端接收到信号后驱动实体设备做出与虚拟设备相同的动作。
当操作者在设备端操作时，该设备端为主控端，操作信号驱动实体设备动作，并通过该虚拟端的信号收发设备将对应的操作信息以及传感器采集的位姿信息发送至云端服务器，云端服务器接收到相关信息并储存，同时将操作信号和传感器信号下发至虚拟端的信号收发设备，虚拟端接收到信号后使虚拟设备做出与实体设备相同的动作，并在显示设备上显示出来。
在仿真过程中，所述主控端和被控端操作互锁。当某一虚拟端作为主控端时，可以是一控一也可以是一控多，被控端可以是虚拟端也可以是设备端；当某一设备端作为主控端时，可以是一控一也可以是一控多，被控端可以是虚拟端也可以是设备端，可以实现一地操作，多地设备同步动作，并实时反馈各设备的动作情况。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。在本发明的精神和原则之内，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种双向数字模拟实时仿真系统，其特征在于，包括设备端、虚拟端和云端服务器；所述设备端包括实体设备、信号采集设备和信号收发设备，所述虚拟端包括显示设备、工作站和信号收发设备，所述信号采集设备用于采集实体设备的实时位姿信息，所述工作站中设有虚拟设备，所述虚拟设备与实体设备的可动部分完全相同，所述显示设备用于显示虚拟设备的实时状态，所述云端服务器通过网络分别与设备端的信号收发设备以及虚拟端的信号收发设备进行信号传输，实现实体设备与虚拟设备间的动作状态同步，所述云端服务器还用于储存往来的操作信息和位姿信息。
2.根据权利要求1所述仿真系统，其特征在于，所述虚拟设备为按照1:1比例复制实体设备及周边环境的三维模型。
3.根据权利要求1所述仿真系统，其特征在于，所述显示设备为显示屏、VR头显、投影设备或手持终端。
4.根据权利要求1所述仿真系统，其特征在于，所述信号采集设备为安装在实体设备可动部分上的多个传感器。
5.根据权利要求1～4中任意一项仿真系统，其特征在于，所述设备端与虚拟端的数量均为多个。
6.一种基于权利要求1～5中任意一项所述仿真系统的仿真方法，其特征在于，操作者选定一个虚拟端作为主控端并操作虚拟设备，操作信号驱动该虚拟设备动作，同时通过该虚拟端的信号收发设备将对应的操作信息发送至云端服务器，云端服务器记录操作信息并将信号发送给被控端的信号收发设备，使得被控端的设备也做出相应动作；
或者操作者选定一个设备端作为主控端并操作实体设备，操作信号驱动该实体设备动作，同时通过该设备端的信号收发设备将对应的操作信息发送至云端服务器，云端服务器记录操作信息并将信号发送给被控端的信号收发设备，使得被控端的设备也做出相应动作；
在上述操作过程中，设备端将实体设备的位姿信息通过云端服务器发送至虚拟端，虚拟端则通过显示设备显示虚拟设备的实时状态，实现虚拟端与设备端的设备状态相同。
7.根据权利要求6所述仿真方法，其特征在于，所述被控端的数量为一个或多个；所述被控端为设备端和/或虚拟端。
8.根据权利要求7所述仿真方法，其特征在于，在操作过程中，所述主控端和被控端操作互锁。
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