[发明专利]一种面向机器人装配的数字孪生系统的构建系统

说明书

本发明涉及一种面向机器人装配的数字孪生系统的构建系统，包括物理空间、承载数字孪生系统的数字空间，以及连接物理空间和数字空间的通信接口；物理空间包括装配机器人、装配用设备、装配目标物、主端控制器、装配环境和数字传感器，数字传感器安装于工作场景，采集装配机器人、装配用设备、装配目标物和环境的几何信息和物理信息，并通过通信接口发送至数字空间。与现有技术相比，本发明具有虚拟模型考虑全面等优点。

技术领域

本发明涉及智能装配领域，尤其是涉及一种面向机器人装配的数字孪生系统的构建系统。

背景技术

在企业的生产流程中，装配作业需要耗费大量的人力、物力，在整个生产成本中占有很大的比例，随着科研技术的不断提升，装配机器人被研发，并广泛地运用在制造业中。然而由于工业技术和信息技术的迅速发展，装配工业愈发复杂，导致装配故障率增加，维修成本上升。因此，准确、实时地监测和优化机器人装配过程逐渐称为研究的热点。为满足和适应社会化、个性化和智能化等制造发展的需求和趋势，世界各国相继提出了各自的制造发展战略，先进的传感器技术、强大的计算机建模技术和不断提高的算力使得数字孪生技术应运而生。数字孪生技术是指充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，在虚拟空间完成映射，从而反映实体系统的全生命周期过程。因此将数字孪生技术应用于机器人装配系统中，有助与操作人员全方位、准确、实时地了解装配系统运行状态，优化装配过程，提高产线制造效率。然而如何建立一个真实的映射关系是一个关键问题，也是将数字孪生技术应用于系统优化和故障诊断等的基础。

中国专利CN109359507A公开了一种车间人员数字孪生体模型快速建模方法，该方法通过对车间全局范围内的视觉传感器采集到的图像，利用深度卷积神经网络对图像中的人员进行识别和检测，获得物理世界中实时的人员位置信息，以此构建人员的数字孪生体。单该方法只考虑建立车间人员的数字孪生模型，并不适用自动装配环境。

中国专利CN109571476A公开了一种工业机器人数字孪生实时作业控制、监测与精度补偿方法，改方法利用实时关节数据来驱动机器人数字模型，并利用真实机器人的关节角信息和数字孪生模型的实时关节角信息对比进行关节角补偿更新，但该方法只对机器人的关节信息进行补偿，没有建立装配系统的物理模型，缺乏一般性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种虚拟模型考虑全面的面向机器人装配的数字孪生系统的构建系统，通过建立真实空间的精确虚拟映射、真实和虚拟空间之间的信息传输策略来搭建机器人装配场景下的数字孪生系统，有助与操作人员全方位、准确、实时地了解装配系统运行状态，优化装配过程，提高产线制造效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种面向机器人装配的数字孪生系统的构建系统，包括物理空间、承载数字孪生系统的数字空间，以及连接物理空间和数字空间的通信接口；

所述物理空间包括装配机器人、装配用设备、装配目标物、主端控制器、装配环境和数字传感器，所述数字传感器安装于工作场景，采集装配机器人、装配用设备、装配目标物和环境的几何信息和物理信息，并通过通信接口发送至数字空间。

所述数字传感器至少包括：

深度传感器和RGB传视觉感器，均设有多个，分别从多个角度采集工作场景中装配机器人、装配用设备、装配目标物的深度信息和色彩，形成系统的三维点云数据集；

力矩传感器，安装于装配机器人各关节处，用于获得运动的力、力矩方向及作用点信息；

电气传感器，安装于各装配用设备内部，用于采集各设备内部包括电流电压在内的电气参数；

环境传感器，用于采集包括温度在内的环境数据。

所述通信接口包括无线通信接口和有线通信接口。