[发明专利]基于数字孪生五维模型的软体机器人或驱动器系统及其建模方法

说明书

本发明公开一种基于数字孪生五维模型的软体机器人或驱动器建模方法，软体机器人或驱动器系统包括物理模型、虚拟模型、孪生数据信息链及服务系统，通过孪生数据信息链传送孪生数据；物理模型包括软体机器人或驱动器本体、传感器和控制系统，通过各种传感器采集物理软体机器人或驱动器实时状态信息，并基于此数据驱动五维可视化引擎渲染生成与物理软体机器人或驱动器一致的虚拟软体机器人或驱动器模型，实现物理软体机器人或驱动器与虚拟软体机器人或驱动器的忠实孪生映射，可在线实时和离线非实时地进行多视角可视化展示，能实时自然交互显示工况，并对工况等信息进行可视化展示及预测，提升软体机器人或驱动器的智能化水平。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，具体涉及一种基于数字孪生五维模型的软体机器人或驱动器系统及其建模方法。

背景技术

软体机器人、驱动器由软体材料制造而成，理论上具有无限多自由度，具有良好的顺从性、适应性及安全性等优点，与传统刚性机器人相比较具有巨大的优势，应用越来越广泛，成为学术界和工程界关注的热点。但目前软体机器人、驱动器数字化水平较低。提高软体机器人、驱动器数字化水平，是软体机器人、驱动器面临的一个关键问题。

目前，有关软体机器人或驱动器模型大多局限于某一方面。例如中国专利文献 CN103978485 B公开了一种仿蛇形软体机器人或驱动器的运动学和动力学模型，设计出了一种仿蛇型软体机器人控制系统和控制方法，实现了简化机器人控制系统的目的，同时也避免了普通机器人运动不够灵活，不易控制的缺陷；中国专利文献CN 109664312A利用三维建模软件对软体机器人或驱动器外包络轮廓进行建模时，通过三维扫描仪对所需要的软体机器人形状进行三维扫描，然后利用三维建模软件进行建模，公开了一种基于热变形的生长型软体机器人预设变形方法。上述专利提出的软体机器人或驱动器模型，解决了相应的问题，但是不便于实时显示、预测工况，不便于提供智能化服务且管理水平低下。

数字孪生集成多物理、多尺度、多领域、多学科属性，具有实时同步、忠实映射、高保真度的特性，是实现物理世界与信息世界交互与融合的有效技术手段。根据数据孪生“五维结构模型”，数据孪生包括物理空间的物理模型、虚拟空间的虚拟模型、管理系统、孪生数据以及连接物理模型和虚拟模型的孪生数据信息链。虚拟模型是对物理模型忠实的数字化镜像，可高效、准确的评估、预测、优化实体模型并能为实体模型赋予智能。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于数字孪生五维模型的软体机器人或驱动器建模方法，实现在线实时和离线非实时状态的多视角可视化展示，能实时自然交互完成工况显示、预测，实现软体机器人或驱动器虚实映射和深层次的信息物理融合，提升软体机器人或驱动器的智能化水平。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

基于数字孪生五维模型的软体机器人或驱动器系统，包括物理模型、虚拟模型、孪生数据信息链及服务系统；物理模型、虚拟模型和服务系统两两之间通过孪生数据信息链连接；

所述物理模型包括软体机器人或驱动器本体、传感器和控制系统，传感器安装在软体机器人或驱动器本体上；传感器通过不同的数据接口与控制系统连接；控制系统通过所述孪生数据信息链对相关数据进行采集与信号传输，控制软体机器人或驱动器的运动，发出报警提示信息；

所述虚拟模型包括数字孪生描述模型和数字孪生智能模型，数字孪生描述模型基于虚拟现实及增强现实技术对物理模型的几何、物理、行为要素进行虚拟化的高度真实映射，完成对软体机器人或驱动器工作过程的仿真、优化、评估及实时智能监控与调控；数字孪生智能模型通过对物理模型传感器采集到的实时数据和原有历史数据分析与决策，实现软体机器人或驱动器的工况预测与智能化服务；

所述孪生数据包含软体机器人或驱动器物理实体数据、虚拟模型数据、服务数据及知识数据；

孪生数据信息链实现软体机器人或驱动器物理模型、虚拟模型、服务及孪生数据间的实时信息交互；