CN113681553A - 一种采用数字孪生技术的机器人抓取系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用数字孪生技术的机器人抓取系统，包括数字孪生区和实际抓取区，数字孪生区基于车间中的工件、设备，使用有限元分析工具对设备关键零部件的物理参数进行计算模拟，得到初始数字孪生模型；实际抓取区包括主控制芯片、信号接收模块、视频拍摄模块、信息上传模块、信息存储模块、电源模块、驱动模块和联网模块主控制芯片通过信息上传模块进行数据上传，上传后通过初始数字孪生模型进行动作的仿真映射，最后主控制芯片依据抓取方法通过控制驱动模块进行产品的抓取。本发明结构简单，基于数字孪生技术，可以在抓取之前对车间以及物品进行多角度的评估以及模拟，得出最佳抓取方案，实用性强。

Description

一种采用数字孪生技术的机器人抓取系统
技术领域
本发明涉及机器人系统领域，具体涉及一种采用数字孪生技术的机器人抓取系统。
背景技术
在自动化领域中，机器人扮演着重要的角色。随着自动化的发展，机器人的应用也越来越广泛。
然而，在实际应用中，机器人要抓取多个产品以完成任务，由于产品材料的不同，反光效果会有很大差异且产品放置于不同的位置，在这种情况下，机器人往往会抓取错误的产品以至于影响生产线的进程，并且由于生产线情况复杂，对于不同的产品采用临时不同的抓取方案对于现在的自动化机器人来说还是难以实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用数字孪生技术的机器人抓取系统，结构简单，基于数字孪生技术，可以在抓取之前对车间以及物品进行多角度的评估以及模拟，得出最佳抓取方案，实用性强。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采用数字孪生技术的机器人抓取系统，包括数字孪生区和实际抓取区，所述数字孪生区基于车间中的工件、设备，使用有限元分析工具对设备关键零部件的物理参数进行计算模拟，得到初始数字孪生模型；所述实际抓取区包括主控制芯片、信号接收模块、视频拍摄模块、信息上传模块、信息存储模块、电源模块、驱动模块和联网模块，所述视频拍摄模块拍摄产品信息，得到数据进入主控制芯片进行数据处理，主控制芯片通过信息上传模块进行数据上传，上传后通过初始数字孪生模型进行动作的仿真映射，进行多次模拟得出抓取方法，之后通过信息接收模块对抓取方法进行接收，最后主控制芯片依据抓取方法通过控制驱动模块进行产品的抓取。
进一步地，所述数字孪生区包括经过多次实验数据得出的数据优化模型，所述初始数字孪生模型与所述数据优化模型合并形成最终数字孪生模型。
进一步地，所述数据优化模型包括检测模块，检测初始数字孪生模型是否符合使用需求；判断模块，判断是否需要重新设置一个新初始数字孪生模型；重塑模块，使用有限元分析工具对设备关键零部件的物理参数进行计算模拟，得到全新初始数字孪生模型；优化模块，对得到的初始数字孪生模型进行二次优化处理。
进一步地，所述存储单元连接云信息中心。
进一步地，所述实际抓取区包括信息传输模块和虚拟信息处理模块，所述虚拟信息处理模块包括如下步骤：(1)将信息传输模块得到的数据放入初始数字孪生模型；(2)基于初始数字孪生模型进行结果预测； (3)得到初始抓取方案(4)对初始抓取方案进行二次评估；(5)如果评估结果不符合预设定参数，则返回步骤2进行重新模拟，再次得到新的抓取方案；如果评估结果符合预设定参数，则保存抓取方案并通过信息传输模块传输至所述实际抓取区的主控制芯片。
进一步地，所述虚拟信息处理模块连接所述云信息中心。
本发明的有益效果：1.本装置在机器人自动抓取的基础上，增加可数字孪生区，可以在机器人抓取物品之前进行全方位的模拟实验，得出最佳的抓取方案并传输至机器人的主控制芯片控制驱动模块进行抓取，适用于不同的场景并且就算出现临时状况，数字孪生区也会重新设定模型进行新的模拟实验，保证抓取的成功率。
附图说明
图1是本发明的整体结构流程图。
图2是本发明的数据优化模型结构示意图。
图3是本发明的虚拟数据处理模块使用流程图。
图中标号说明：1、主控制芯片；2、信号接收模块；3、视频拍摄模块；4、信息上传模块；5、信息存储模块；6、电源模块；7、驱动模块； 8、联网模块；9、产品信息；10、抓取方法；11、数字孪生模型；12、云信息中心。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
参照图1至图3所示，本发明的采用数字孪生技术的机器人抓取系统的一实施例，包括数字孪生区和实际抓取区，数字孪生区基于车间中的工件、设备，使用有限元分析工具对设备关键零部件的物理参数进行计算模拟，得到初始的数字孪生模型11；实际抓取区包括主控制芯片1、信号接收模块2、视频拍摄模块3、信息上传模块4、信息存储模块5、电源模块6、驱动模块7和联网模块8，视频拍摄模块3拍摄产品信息9，得到数据进入主控制芯片1进行数据处理，主控制芯片1通过信息上传模块 4进行数据上传，上传后通过数字孪生模型11进行动作的仿真映射，进行多次模拟得出抓取方法10，之后通过信息接收模块对抓取方法10进行接收，最后主控制芯片1依据抓取方法10通过控制驱动模块7进行产品的抓取。
使用时，首先利用数字孪生区对车间中的各个物品进行仿真映射，利用分析工具进行模拟得出数字孪生模型11；
进入仓库的产品都会登记进入云端，并且身上带有特定标识比如二维码，视频拍摄模块3拍摄二维码确定物品信息，将信息传输至主控制芯片 1，再通过信息上传模块4上传至数字孪生区，数字孪生区确定物品信息，开始在数字孪生模型11内进行模拟，多次模拟出多加抓取方法10，再通过信息接收模块对抓取方法10进行接收，主控制芯片1再次控制驱动模块7依靠此抓取方法10对产品进行抓取完成一个抓取周期。
数字孪生区包括经过多次实验数据得出的数据优化模型，初始的数字孪生模型11与数据优化模型合并形成最终的数字孪生模型11，数据优化模型包括检测模块，检测数字孪生模型11是否符合使用需求，对于使用需求可以根据车间收集的之前抓取产品的信息，进行集中分析得出时间、空间等信息，在经过大数据处理得到预设定需求；判断模块，判断是否需要重新设置一个新数字孪生模型11，得到预设定需求后，在此数字孪生模型11下进行多次模拟，得出多种抓取方法10并比较是否符合预设定需求；重塑模块，如果得出多种抓取方法10超过10％不符合预设定需求，则使用有限元分析工具再次设备关键零部件的物理参数进行更为详尽的计算模拟，得到全新数字孪生模型11；优化模块，对得到的数字孪生模型 11进行二次优化处理，全新的数字孪生模型11还需进行数据分析，继续进行优化。
数字孪生区包括信息传输模块和虚拟信息处理模块，虚拟信息处理模块包括如下步骤：(1)将信息传输模块得到的数据放入数字孪生模型 11；(2)基于数字孪生模型11进行结果预测；(3)得到初始抓取方案 (4)对初始抓取方案进行二次评估；(5)如果评估结果不符合预设定参数，则返回步骤(2)进行重新模拟，再次得到新的抓取方案；如果评估结果符合预设定参数，则保存抓取方案并通过信息传输模块传输至实际抓取区的主控制芯片1。
存储单元和虚拟信息处理模块均连接云信息中心12，将所得到的数据进行保存，后续遇到相同情况的产品可以直接在云信息中心12进行调取，无需再次利用数字孪生模型11进行模拟。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种采用数字孪生技术的机器人抓取系统，其特征在于，包括数字孪生区和实际抓取区，所述数字孪生区基于车间中的工件、设备，使用有限元分析工具对设备关键零部件的物理参数进行计算模拟，得到初始的数字孪生模型；
所述实际抓取区包括主控制芯片、信号接收模块、视频拍摄模块、信息上传模块、信息存储模块、电源模块、驱动模块和联网模块，所述视频拍摄模块拍摄产品信息，得到数据进入主控制芯片进行数据处理，主控制芯片通过信息上传模块进行数据上传，上传后通过数字孪生模型进行动作的仿真映射，进行多次模拟得出抓取方法，之后通过信息接收模块对抓取方法进行接收，最后主控制芯片依据抓取方法通过控制驱动模块进行产品的抓取。
2.如权利要求1所述的采用数字孪生技术的机器人抓取系统，其特征在于，所述数字孪生区包括经过多次实验数据得出的数据优化模型，初始的所述数字孪生模型与所述数据优化模型合并形成最终的数字孪生模型。
3.如权利要求2所述的采用数字孪生技术的机器人抓取系统，其特征在于，所述数据优化模型包括检测模块，检测数字孪生模型是否符合使用需求；判断模块，判断是否需要重新设置一个新数字孪生模型；重塑模块，使用有限元分析工具对设备关键零部件的物理参数进行计算模拟，得到全新数字孪生模型；优化模块，对得到的数字孪生模型进行二次优化处理。
4.如权利要求1所述的采用数字孪生技术的机器人抓取系统，其特征在于，所述存储单元连接云信息中心。
5.如权利要求1所述的采用数字孪生技术的机器人抓取系统，其特征在于，所述数字孪生区包括信息传输模块和虚拟信息处理模块，所述虚拟信息处理模块包括如下步骤：(1)将信息传输模块得到的数据放入数字孪生模型；(2)基于数字孪生模型进行结果预测；(3)得到初始抓取方案(4)对初始抓取方案进行二次评估；(5)如果评估结果不符合预设定参数，则返回步骤2进行重新模拟，再次得到新的抓取方案；如果评估结果符合预设定参数，则保存抓取方案并通过信息传输模块传输至所述实际抓取区的主控制芯片。
6.如权利要求4所述的采用数字孪生技术的机器人抓取系统，其特征在于，所述虚拟信息处理模块连接所述云信息中心。
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