CN116442244A - 一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于数字孪生技术快速部署机器人的方法及其制造方法,其中基于数字孪生技术快速部署机器人的系统包括:远程智能控制系统、机器人硬件系统、数字孪生系统;所述远程智能控制系统以有线或者无线通信的方式远程与机器人硬件系统进行数据流、控制流等信息的交互;所述机器人硬件系统为前端底层设备的集合体,内置有多个模块,由主控制器进行协同控制和管理,实现对各子模块模块的实时数据采集和控制;数字孪生系统包括感知子系统、虚拟‑现实映射子系统、三维环境生成子系统、智能控制输出单元和智能控制协作单元。本申请的有益效果在于:可快速并准确地部署机器人。
Description
技术领域
本申请涉及电子技术领域,具体涉及一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统及方法。
背景技术
目前处于第三代机器人蓬勃发展的时期,机器人广泛应用在工业环境和一些特殊环境中。在一些非标准应用场所中,如火灾、地震的救援中,需要考验部署机器人的速度。
对此,亟需开发一种可快速并准确部署机器人的基于数字孪生技术快速部署机器人的系统及方法。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。
为此,本发明的第一个目的在于提出一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,可快速并准确部署机器人。
本发明的第二个目的在于提出一种基于数字孪生技术快速部署机器人的方法的方法。
为实现上述目的,本申请实施例公开了一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,包括远程智能控制系统、机器人硬件系统、数字孪生系统;其中,所述远程智能控制系统以有线或者无线通信的方式远程与机器人硬件系统进行数据流、控制流等信息的交互;所述远程智能控制系统根据机器人硬件系统的工作信息,以及任务要求,生成指令集,实现对虚拟/数字世界的远程控制;所述机器人硬件系统为前端底层设备的集合体,内置有多个模块,由主控制器进行协同控制和管理,实现对各子模块模块的实时数据采集和控制;所述机器人硬件系统负责采集各子模块的工作信息和数据,并上传给所述远程智能控制系统,实现透明化工作;所述数字孪生系统包括感知子系统、虚拟-现实映射子系统、三维环境生成子系统、智能控制输出单元和智能控制协作单元。
另外,根据本申请上述技术方案的膜片卡扣式线束连接组件,还可以具有如下附加的技术特征:
可选地,所述感知子系统为部署在现实环境中的传感器集群,为数字/虚拟环境提供现实世界中的实时感知数据,为数字孪生技术提供数据化的信息。
可选地,所述虚拟-现实映射子系统,在数字孪生构建的虚拟世界和现实世界中,为保证两个世界的操作实现完全同步,需要虚拟世界和现实世界建立物体、操作等变化的一一映射关系;同样地,对虚拟世界中机器人等物体的操作,使得现实世界中机器人等物体的操作实时进行。
可选地,所述三维环境生成子系统是一个快速三维环境构建系统,其内置大量数字化三维模型,同时可通过全景相机将现实场景快速建模成为虚拟场景。
可选地,所述智能控制输出单元的工作特征为:系统将虚拟世界作为主世界时,远程智能控制系统在虚拟场景中与物体交互,智能控制输出单元将虚拟世界的交互信息变换成为对应的信息流和控制流,实现对现实世界中孪生物体的交互和同步。
可选地,所述智能控制协作单元的工作特征为:系统将现实世界作为主世界时,所述远程智能控制系统与物体交互,所述智能控制协作单元将现实世界的交互信息变换成为对应的信息流和控制流,实现对虚拟世界中孪生物体的交互和同步。
为达上述目的,本发明第二方面实施例提出了一种基于数字孪生技术快速部署机器人的方法,包括本申请第一方面是实力提出的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,其中数字孪生系统根据以下步骤进行工作:S010:进行虚拟世界重建:确定目标地区建立数字孪生区域的范围和内容,确定所述目标地区数字孪生系统的内容和部署参数;S020:在所述目标地区部署感知子系统中的传感器集群,并且检测和确认感知子系统可以联网完成数字化信息的远程采集和上传,接入所述数字孪生系统;S030:操作员使用全景相机等设备完成在所述目标地区的实景视频录入和环境信息采集;S040:启动三维环境生成子系统,将实景视频快速建模成为虚拟世界场景和物体;S050:在所述三维环境生成子系统中,需要操作人员介入高精度要求和交互要求的物体,操作员修改和添加可交互的传感器、控制器等内容,使得虚拟场景中的物体可以实现和现实世界中物体同样的功能和精度;S060:重复步骤S030-S060,确认完成步骤S010中的虚拟世界重建任务;S070:启动虚拟-现实映射子系统,进行子系统自检,分别从虚拟到现实映射,以及现实到虚拟的映射两个方面检测虚拟世界中的物体和现实世界中的实物是否实现了同步功能;若否,则返回检查前面步骤的缺陷并修正;若是,则完成了任务目标的数字孪生;S080:启用交互式软件开发工具包,其内置数据报文协议,用于读写数据流,让虚拟物体和现实世界中对应的物体产生映射关系;同时,所述交互式软件开发工具包内置的协议允许外部客户端控制虚拟世界或者现实中的对象。
可选地,基于数字孪生技术快速部署机器人的系统根据以下步骤快速部署机器人:S110:在数字孪生的虚拟世界中找到待操作的机器人,利用远程智能控制系统建立对其他控制关系;S120:从所述远程智能控制系统中获得快速部署的任务清单,如需要快速部署的新工位位置、部署要求、以及待加工任务要求;S130:远程使用者操作虚拟世界的机器人,根据任务清单完成一一完成任务操作;同时,现实世界中的传感子系统将实体机器人的任务进度信息映射到虚拟世界中,使得所述数字孪生系统中虚拟和现实的机器人的操作完全同步;S140:反复执行步骤S130,直至完成任务清单中的所有任务要求;S150:步骤S130和S140中不能完成的任务,生成现场任务清单,并将其发送给现场操作员;S160:现场操作员完成人工作业任务清单,并将其的完成状态信息更新录入所述感知子系统;S170:感知子系统将人工的作业信息载入数字孪生系统,完成现实操作和虚拟世界操作的同步。
本申请的有益效果在于:可快速并准确地部署机器人。
附图说明
图1是本申请的一个实施例提供的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统的结构示意图。
图2是本申请另一个实施例提供的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的方法的数字孪生系统工作流程图。
图3是本申请另一个实施例提供的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的方法的部署机器人的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的部件/元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
以下结合附图描述本申请实施例的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统。
图1是本申请的一个实施例提供的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统的结构示意图。如图1所示:该基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,包括远程智能控制系统、机器人硬件系统、数字孪生系统;其中,远程智能控制系统以有线或者无线通信的方式远程与机器人硬件系统进行数据流、控制流等信息的交互;远程智能控制系统根据机器人硬件系统的工作信息,以及任务要求,生成指令集,实现对虚拟/数字世界的远程控制;机器人硬件系统为前端底层设备的集合体,内置有多个模块,由主控制器进行协同控制和管理,实现对各子模块模块的实时数据采集和控制;机器人硬件系统负责采集各子模块的工作信息和数据,并上传给远程智能控制系统,实现透明化工作;数字孪生系统包括感知子系统、虚拟-现实映射子系统、三维环境生成子系统、智能控制输出单元和智能控制协作单元。
需要说明的是,在工作中时,远程智能控制系统与三维环境生成子系统进行交互,智能控制输出单元和智能控制协作单元共同实现虚拟和现实中孪生物体的交互和同步。
根据本申请的基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,可通过数字孪生系统建立现实与虚拟世界的一一对应关系,并通过远程智能控制系统耦合机器人硬件系统以及数字孪生系统,实现控制孪生系统中虚拟世界的机器人时,同步地控制现实世界中的机器人,从而实现快速地部署机器人。
根据本申请的一个实施例,感知子系统为部署在现实环境中的传感器集群,为数字/虚拟环境提供现实世界中的实时感知数据,为数字孪生技术提供数据化的信息。
具体地,传感器集群尤其是需要部署在机器人平台、待操作工位附近以及工位上的附属设备上。
根据本申请的一个实施例,虚拟-现实映射子系统,在数字孪生构建的虚拟世界和现实世界中,为保证两个世界的操作实现完全同步,需要虚拟世界和现实世界建立物体、操作等变化的一一映射关系;同样地,对虚拟世界中机器人等物体的操作,使得现实世界中机器人等物体的操作实时进行。
具体地,对于虚拟世界和现实世界建立物体、操作等变化的映射关系,例如:将实现世界的信息流和控制流同步映射到虚拟世界中,使得现实世界的变化导致虚拟世界同步变化。对虚拟世界中机器人等物体的操作可为移动,升降等。虚拟-现实映射子系统的工作过程叫做现实世界和虚拟世界的同步,是数字孪生技术实现的技术基础。
根据本申请的一个实施例,三维环境生成子系统是一个快速三维环境构建系统,其内置大量数字化三维模型,同时可通过全景相机将现实场景快速建模成为虚拟场景。
具体地,三维环境生成子系统用于将实景视频快速建模成为虚拟世界场景和物体。
根据本申请的一个实施例,智能控制输出单元的工作特征为:系统将虚拟世界作为主世界时,远程智能控制系统在虚拟场景中与物体交互,智能控制输出单元将虚拟世界的交互信息变换成为对应的信息流和控制流,实现对现实世界中孪生物体的交互和同步。
具体地,虚拟场景中的物体具体可为机器人以及其他生产设备等。
根据本申请的一个实施例,智能控制协作单元的工作特征为:系统将现实世界作为主世界时,远程智能控制系统与物体交互,智能控制协作单元将现实世界的交互信息变换成为对应的信息流和控制流,实现对虚拟世界中孪生物体的交互和同步。
具体地,远程智能控制系统与物体具体可为机器人以及其他生产设备等。
基于上述实施例,本发明实施例还提出了一种基于数字孪生技术快速部署机器人的方法。图2是本申请另一个实施例提供的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的方法的数字孪生系统工作流程图,如图2所示,包括本申请第一方面是实力提出的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,其中数字孪生系统根据以下步骤进行工作:S010:进行虚拟世界重建:确定目标地区建立数字孪生区域的范围和内容,确定目标地区数字孪生系统的内容和部署参数;S020:在目标地区部署感知子系统中的传感器集群,并且检测和确认感知子系统可以联网完成数字化信息的远程采集和上传,接入数字孪生系统;S030:操作员使用全景相机等设备完成在目标地区的实景视频录入和环境信息采集;S040:启动三维环境生成子系统,将实景视频快速建模成为虚拟世界场景和物体;S050:在三维环境生成子系统中,需要操作人员介入高精度要求和交互要求的物体,操作员修改和添加可交互的传感器、控制器等内容,使得虚拟场景中的物体可以实现和现实世界中物体同样的功能和精度;S060:重复步骤S030-S060,确认完成步骤S010中的虚拟世界重建任务;S070:启动虚拟-现实映射子系统,进行子系统自检,分别从虚拟到现实映射,以及现实到虚拟的映射两个方面检测虚拟世界中的物体和现实世界中的实物是否实现了同步功能;若否,则返回检查前面步骤的缺陷并修正;若是,则完成了任务目标的数字孪生;S080:启用交互式软件开发工具包,其内置数据报文协议,用于读写数据流,让虚拟物体和现实世界中对应的物体产生映射关系;同时,交互式软件开发工具包内置的协议允许外部客户端控制虚拟世界或者现实中的对象。
具体地,步骤S010中确定目标地区建立数字孪生区域的范围和内容可为:厂区的长宽高,生产线的长宽高,工位数量,设备数量及体积等,设备的操作规范等。步骤S050中所说的现实世界以及虚拟场景中的物体,具体可为机器人以及其他生产设备等。步骤S070中所说的同步功能,具体可包括状态、工作方式、环境信息同步等。步骤S080中的交互式软件开发工具包可为Software DevelopmentKit,简称SDK;外部客户端为远程智能控制系统的客户端。
根据本申请的一个实施例,图3是本申请另一个实施例提供的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的方法的部署机器人的流程图,如图3所示:基于数字孪生技术快速部署机器人的系统根据以下步骤快速部署机器人:S110:在数字孪生的虚拟世界中找到待操作的机器人,利用远程智能控制系统建立对其他控制关系;S120:从远程智能控制系统中获得快速部署的任务清单,如需要快速部署的新工位位置、部署要求、以及待加工任务要求;S130:远程使用者操作虚拟世界的机器人,根据任务清单完成一一完成任务操作;同时,现实世界中的传感子系统将实体机器人的任务进度信息映射到虚拟世界中,使得数字孪生系统中虚拟和现实的机器人的操作完全同步;S140:反复执行步骤S130,直至完成任务清单中的所有任务要求;S150:步骤S130和S140中不能完成的任务,生成现场任务清单,并将其发送给现场操作员;S160:现场操作员完成人工作业任务清单,并将其的完成状态信息更新录入感知子系统;S170:感知子系统将人工的作业信息载入数字孪生系统,完成现实操作和虚拟世界操作的同步。
具体地,步骤S120中的部署要求可为:携带的附属设备清单,机器人平台在新工位的位置,机械手作业的位置等;待加工任务要求可为:按步骤拆解的作业规范,加工效率和良率要求等。步骤S130中的任务清单任务可为:驶入新工位,调节机器人本地空间位置等。步骤S150中,步骤S130和S140中不能完成的任务,生成的现场任务清单可为更换机器人末端机械部件,固定夹治具等。
根据本申请的基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,可通过数字孪生系统建立现实与虚拟世界的一一对应关系,并通过远程智能控制系统耦合机器人硬件系统以及数字孪生系统,实现控制孪生系统中虚拟世界的机器人时,同步地控制现实世界中的机器人,从而实现快速地部署机器人。
上述实施例为本申请较佳的实现方案,除此之外,本申请还可以其它方式实现,在不脱离本申请构思的前提下任何显而易见的替换均在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,其特征在于,包括:远程智能控制系统、机器人硬件系统、数字孪生系统;
其中,所述远程智能控制系统以有线或者无线通信的方式远程与机器人硬件系统进行数据流、控制流等信息的交互;所述远程智能控制系统根据机器人硬件系统的工作信息,以及任务要求,生成指令集,实现对虚拟/数字世界的远程控制;
所述机器人硬件系统为前端底层设备的集合体,内置有多个模块,由主控制器进行协同控制和管理,实现对各子模块模块的实时数据采集和控制;所述机器人硬件系统负责采集各子模块的工作信息和数据,并上传给所述远程智能控制系统,实现透明化工作;
所述数字孪生系统包括感知子系统、虚拟-现实映射子系统、三维环境生成子系统、智能控制输出单元和智能控制协作单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,其特征在于:所述感知子系统为部署在现实环境中的传感器集群,为数字/虚拟环境提供现实世界中的实时感知数据,为数字孪生技术提供数据化的信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,其特征在于:所述虚拟-现实映射子系统,在数字孪生构建的虚拟世界和现实世界中,为保证两个世界的操作实现完全同步,需要虚拟世界和现实世界建立物体、操作等变化的一一映射关系;同样地,对虚拟世界中机器人等物体的操作,使得现实世界中机器人等物体的操作实时进行。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,其特征在于:所述三维环境生成子系统是一个快速三维环境构建系统,其内置大量数字化三维模型,同时可通过全景相机将现实场景快速建模成为虚拟场景。
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,其特征在于:所述智能控制输出单元的工作特征为:系统将虚拟世界作为主世界时,远程智能控制系统在虚拟场景中与物体交互,智能控制输出单元将虚拟世界的交互信息变换成为对应的信息流和控制流,实现对现实世界中孪生物体的交互和同步。
6.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,其特征在于:所述智能控制协作单元的工作特征为:系统将现实世界作为主世界时,所述远程智能控制系统与物体交互,所述智能控制协作单元将现实世界的交互信息变换成为对应的信息流和控制流,实现对虚拟世界中孪生物体的交互和同步。
7.一种基于数字孪生技术快速部署机器人的方法,其特征在于,包括如权利要求1-6所述的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的系统,其中数字孪生系统根据以下步骤进行工作:
S010:进行虚拟世界重建:确定目标地区建立数字孪生区域的范围和内容,确定所述目标地区数字孪生系统的内容和部署参数;
S020:在所述目标地区部署感知子系统中的传感器集群,并且检测和确认感知子系统可以联网完成数字化信息的远程采集和上传,接入所述数字孪生系统;
S030:操作员使用全景相机等设备完成在所述目标地区的实景视频录入和环境信息采集;
S040:启动三维环境生成子系统,将实景视频快速建模成为虚拟世界场景和物体;
S050:在所述三维环境生成子系统中,需要操作人员介入高精度要求和交互要求的物体,操作员修改和添加可交互的传感器、控制器等内容,使得虚拟场景中的物体可以实现和现实世界中物体同样的功能和精度;
S060:重复步骤S030-S060,确认完成步骤S010中的虚拟世界重建任务;
S070:启动虚拟-现实映射子系统,进行子系统自检,分别从虚拟到现实映射,以及现实到虚拟的映射两个方面检测虚拟世界中的物体和现实世界中的实物是否实现了同步功能;若否,则返回检查前面步骤的缺陷并修正;若是,则完成了任务目标的数字孪生;
S080:启用交互式软件开发工具包,其内置数据报文协议,用于读写数据流,让虚拟物体和现实世界中对应的物体产生映射关系;同时,所述交互式软件开发工具包内置的协议允许外部客户端控制虚拟世界或者现实中的对象。
8.根据权利要求7所述的一种基于数字孪生技术快速部署机器人的方法,其特征在于:基于数字孪生技术快速部署机器人的系统根据以下步骤快速部署机器人:
S110:在数字孪生的虚拟世界中找到待操作的机器人,利用远程智能控制系统建立对其他控制关系;
S120:从所述远程智能控制系统中获得快速部署的任务清单,如需要快速部署的新工位位置、部署要求、以及待加工任务要求;
S130:远程使用者操作虚拟世界的机器人,根据任务清单完成一一完成任务操作;同时,现实世界中的传感子系统将实体机器人的任务进度信息映射到虚拟世界中,使得所述数字孪生系统中虚拟和现实的机器人的操作完全同步;
S140:反复执行步骤S130,直至完成任务清单中的所有任务要求;
S150:步骤S130和S140中不能完成的任务,生成现场任务清单,并将其发送给现场操作员;
S160:现场操作员完成人工作业任务清单,并将其的完成状态信息更新录入所述感知子系统;
S170:感知子系统将人工的作业信息载入数字孪生系统,完成现实操作和虚拟世界操作的同步。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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