CN116214542B - 一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，应用于球罐内壁爬壁机器人领域，包括：球罐参数设置模块、球罐孪生体生成模块、机器人孪生体生成模块、孪生显示模块、机器人作业路径设置模块、机器人导航模块、移动路径保存模块；球罐参数设置模块与球罐孪生体生成模块连接；球罐孪生体生成模块和机器人孪生体生成模块分别与孪生显示模块连接；孪生显示模块与机器人作业路径设置模块连接；孪生显示模块与机器人导航模块连接；孪生显示模块与移动路径保存模块连接；机器人导航模块通过划线引导的方式控制机器人按照机器人作业路径进行转向与移动。本发明为实际操作人员提供了极大的便利性和安全性。

Description

一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统

技术领域

本发明涉及球罐内壁爬壁机器人领域，特别涉及一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统。

背景技术

依据固定式压力容器的相关监察规程，在对球罐进行检验时，需要停机开罐检验。在检验检测之前，通常需要准备相关球罐检验辅助工程工作，如搭设脚手架，脚手架上设置踏板，踏板设置扶手、爬梯，球罐内中上部需要设置安全网等。工人站在脚手架内使用打磨机对球罐内壁焊缝进行手动清洁除锈，然后进行检测。不仅操作不便、效率低、不能保证工作的质量，且具有较大的安全隐患。为此，球罐内壁爬壁机器人应时而生。

众多研究机构已经开展了球罐内壁除锈机器人、球罐内壁检测机器人的研究。但是，却没有考虑实际操作的方便性。在球罐内部进行机器人操作存在视野观察不方便、安全等问题。

随着数据化技术的不断发展，如今的数字化技术正在不断地影响甚至改变企业。未来，所有的企业都将成为数字化的公司，这不只是要求企业开发出具备数字化特征的产品，更指的是通过数字化手段改变整个产品的设计、开发、制造和服务过程，并通过数字化的手段连接企业的内部和外部环境。数字孪生(DigitalTwin)：是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。可见，采用数字孪生技术可以方便的了解产品等。

为此，如何提供一种能够解决在球罐内部进行机器人操作存在视野观察不方便、安全等问题的球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，包括：球罐参数设置模块、球罐孪生体生成模块、机器人孪生体生成模块、孪生显示模块、机器人作业路径设置模块、机器人导航模块、移动路径保存模块。

球罐参数设置模块与球罐孪生体生成模块连接。

球罐孪生体生成模块和机器人孪生体生成模块分别与孪生显示模块连接。

孪生显示模块与机器人作业路径设置模块连接。

孪生显示模块与机器人导航模块连接。

孪生显示模块与移动路径保存模块连接。

机器人导航模块通过划线引导的方式控制机器人按照机器人作业路径进行转向与移动。

可选的，球罐参数设置模块用于设置球罐参数，包括：球罐容积的大小，球罐的类型，球罐内导波管数量、尺寸和方位，球罐带与带之间的相对转动角度。

可选的，球罐孪生生成模块用于根据设置的球罐参数生成对应的球罐孪生体。

可选的，机器人孪生体生成模块用于根据机器人的类型生成对应的机器人孪生体。

可选的，孪生显示模块用于显示机器人孪生体与球罐孪生体之间的运动关系。

可选的，机器人作业路径设置模块包括：焊缝路径选取单元和路径绘制单元。

焊缝路径选取单元用于选取已有焊缝路径作为机器人作业路径；

路径绘制单元用于自主绘制路径作为机器人作业路径。

可选的，机器人导航模块通过划线引导的方式控制机器人按照机器人作业路径进行转向与移动，具体为：将机器人在世界坐标系下的坐标以及机器人坐标系x轴和y轴投影到世界坐标系下的x-z平面和y-z平面上，根据平面投影结果控制机器人按照机器人作业路径转向和移动。

可选的，移动路径保存模块用于保存机器人进行作业的移动路径。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提出了一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统。本发明的球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，将实际球罐爬壁机器人作业同步成对应的孪生体，不论是球罐爬壁机器人内壁除锈，还是球罐爬壁机器人内壁检测，在数字孪生体上操作，均可以为实际操作人员提供极大的便利性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明的世界坐标系示意图。

图3为本发明的投影平面关系示意图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明实施例1公开了一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，如图1所示，包括：球罐参数设置模块、球罐孪生体生成模块、机器人孪生体生成模块、孪生显示模块、机器人作业路径设置模块、机器人导航模块、移动路径保存模块。

球罐参数设置模块与球罐孪生体生成模块连接。

球罐参数设置模块用于设置球罐参数，包括：球罐容积的大小，球罐的类型，球罐内导波管数量、尺寸和方位，球罐带与带之间的相对转动角度。

球罐孪生生成模块用于根据设置的球罐参数生成对应的球罐孪生体。

球罐孪生体生成模块和机器人孪生体生成模块分别与孪生显示模块连接。

机器人孪生体生成模块用于根据机器人的类型生成对应的机器人孪生体。

孪生显示模块用于显示机器人孪生体与球罐孪生体之间的运动关系。

孪生显示模块与机器人作业路径设置模块连接。

机器人作业路径设置模块包括：焊缝路径选取单元和路径绘制单元。

焊缝路径选取单元用于选取已有焊缝路径作为机器人作业路径。

路径绘制单元用于自主绘制路径作为机器人作业路径。

孪生显示模块与机器人导航模块连接。

机器人导航模块通过划线引导的方式控制机器人按照机器人作业路径进行转向与移动，具体为：将机器人在世界坐标系下的坐标以及机器人坐标系x轴和y轴投影到世界坐标系下的x-z平面和y-z平面上，根据平面投影结果控制机器人按照机器人作业路径转向和移动。

世界坐标系，如图2所示，图2中A点为机器人作业路径中机器人起点在世界坐标系下的坐标，B点为机器人作业路径中机器人终点在世界坐标系下的坐标。

根据机器人在世界坐标系下的坐标x轴和y轴与0的大小关系切分为四个象限：

x<0，y>0，为第一象限。

x≥0，y>0，为第二象限。

x<0，y≤0，为第三象限。

x≥0，y≤0，为第四象限。

根据机器人作业路径中机器人起点与机器人终点在世界坐标系下的坐标所在象限，将所述设置路径的机器人起点与机器人终点在世界坐标系下的坐标投影到世界坐标系下的x-z平面和y-z平面上，如图3所示。

如果A点在1象限，B点在2象限，则将A点和B点在世界坐标系下的坐标点以及A点与B点机器人坐标系的x轴和y轴投影到x-z平面，之后再根据x-z平面的投影结果控制转向和移动。

同理，如果A点在1象限，B点在3象限，则将A点和B点在世界坐标系下的坐标点以及A点与B点机器人坐标系的x轴和y轴投影到y-z平面，之后再根据y-z平面的投影结果控制转向和移动。

如果A点与B点都在同一个象限内，则默认投影在x-z平面，之后再根据x-z平面的投影结果控制转向和移动。

如果A点在1象限，B点在4象限，即跨对角象限移动，则A点机器人先移动到3象限，再从3象限移动到4象限。

同理：若是4象限移动到1象限，则移动顺序为：4->2->1，若是3象限移动到2象限，则移动顺序为3->1->2，若是2象限移动到3象限，则移动顺序为2->4->3。

孪生显示模块与移动路径保存模块连接。

移动路径保存模块用于保存机器人进行作业的移动路径。

本发明实施例公开了一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统。本发明的球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，将实际球罐爬壁机器人作业同步成对应的孪生体，不论是球罐爬壁机器人内壁除锈，还是球罐爬壁机器人内壁检测，在数字孪生体上操作，均可以为实际操作人员提供极大的便利性和安全性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，其特征在于，包括：球罐参数设置模块、球罐孪生体生成模块、机器人孪生体生成模块、孪生显示模块、机器人作业路径设置模块、机器人导航模块、移动路径保存模块；

所述球罐参数设置模块与所述球罐孪生体生成模块连接；

所述球罐孪生体生成模块和所述机器人孪生体生成模块分别与所述孪生显示模块连接；

所述孪生显示模块与所述机器人作业路径设置模块连接；

所述孪生显示模块与所述机器人导航模块连接；

所述孪生显示模块与所述移动路径保存模块连接；

所述机器人导航模块通过划线引导的方式控制机器人按照机器人作业路径进行转向与移动；

所述机器人导航模块通过划线引导的方式控制机器人按照机器人作业路径进行转向与移动，具体为：将机器人在世界坐标系下的坐标以及机器人坐标系x轴和y轴投影到世界坐标系下的x-z平面和y-z平面上，根据平面投影结果控制机器人按照机器人作业路径转向和移动；

将机器人在世界坐标系下的坐标以及机器人坐标系x轴和y轴投影到世界坐标系下的x-z平面和y-z平面上，根据平面投影结果控制机器人按照机器人作业路径转向和移动，具体为：

设A点为机器人作业路径中机器人起点在世界坐标系下的坐标，B点为机器人作业路径中机器人终点在世界坐标系下的坐标；

根据机器人在世界坐标系下的坐标x轴和y轴与0的大小关系切分为四个象限：

x<0，y>0，为第一象限；

x≥0，y>0，为第二象限；

x<0，y≤0，为第三象限；

x≥0，y≤0，为第四象限；

根据机器人作业路径中机器人起点与机器人终点在世界坐标系下的坐标所在象限，将机器人作业路径的机器人起点与机器人终点在世界坐标系下的坐标投影到世界坐标系下的x-z平面和y-z平面上，具体为：

所述第一象限与所述第二象限间的机器人作业路径，将机器人作业路径的机器人起点与机器人终点在世界坐标系下的坐标投影到世界坐标系下的x-z平面上；

所述第一象限与所述第三象限间的机器人作业路径将机器人作业路径的机器人起点与机器人终点在世界坐标系下的坐标投影到世界坐标系下的y-z平面上；

所述第三象限与所述第四象限间的机器人作业路径将机器人作业路径的机器人起点与机器人终点在世界坐标系下的坐标投影到世界坐标系下的x-z平面上；

所述第二象限与所述第四象限间的机器人作业路径将机器人作业路径的机器人起点与机器人终点在世界坐标系下的坐标投影到世界坐标系下的y-z平面上；

如果A点与B点都在同一个象限内，则默认投影在x-z平面上；

如果A点在所述第一象限，B点在所述第四象限，则A点机器人先移动到所述第三象限，再从所述第三象限移动到所述第四象限；

如果A点在所述第四象限，B点在所述第一象限，则A点机器人先移动到所述第二象限，再从所述第二象限移动到所述第一象限；

如果A点在所述第三象限，B点在所述第二象限，则A点机器人先移动到所述第一象限，再从所述第一象限移动到所述第二象限；

如果A点在所述第二象限，B点在所述第三象限，则A点机器人先移动到所述第四象限，再从所述第四象限移动到所述第三象限。

2.根据权利要求1所述的一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，其特征在于，所述球罐参数设置模块用于设置球罐参数，包括：球罐容积的大小，球罐的类型，球罐内导波管数量、尺寸和方位，球罐带与带之间的相对转动角度。

3.根据权利要求2所述的一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，其特征在于，所述球罐孪生生成模块用于根据设置的所述球罐参数生成对应的球罐孪生体。

4.根据权利要求3所述的一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，其特征在于，所述机器人孪生体生成模块用于根据机器人的类型生成对应的机器人孪生体。

5.根据权利要求4所述的一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，其特征在于，孪生显示模块用于显示所述机器人孪生体与所述球罐孪生体之间的运动关系。

6.根据权利要求5所述的一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，其特征在于，所述机器人作业路径设置模块包括：焊缝路径选取单元和路径绘制单元；

所述焊缝路径选取单元用于选取已有焊缝路径作为机器人作业路径；

所述路径绘制单元用于自主绘制路径作为机器人作业路径。

7.根据权利要求1所述的一种球罐内壁爬壁机器人数字孪生系统，其特征在于，所述移动路径保存模块用于保存机器人进行作业的移动路径。