[发明专利]一种复杂产品装配生产线数字孪生系统

权利要求书

1.一种复杂产品装配生产线数字孪生系统，其特征在于，包括物理环境部分、虚实纽带部分和虚拟环境部分；

所述物理环境部分为由物理实体组成的产品装配生产线；

所述虚实纽带部分负责物理环境部分与虚拟环境部分的数据交互，由物理数据接收模块、物理数据打包模块、物理数据发送模块、虚拟数据接收模块、虚拟数据解析模块、虚拟数据发送模块构成；

所述虚拟环境部分用于实时映射物理环境部分并进行产线报错和校正，由孪生粒子模型和孪生数据处理模块构成；

所述孪生粒子模型是利用三维建模渲染软件构建的与物理环境下各物理实体一一对应的虚拟三维模型，孪生粒子模型中每个物理实体的虚拟三维模型为一个孪生粒子；

所述孪生数据处理模块，由物理数据解析模块、物理数据对象绑定模块、物理数据驱动模块、虚实映射显示模块、系统分析判断模块、决策生成模块、指令生成模块构成；

所述物理实体包括工件、工件载体、机械臂和气缸；所述机械臂由连杆和夹具组成；所述气缸由PLC控制；

所述物理数据接收模块用于定时采集物理实体产生的数据，识别接收的数据类型，分类接收不同物理实体对应的数据，包括连杆关节角度、夹具开关信号和气缸PLC信号；根据接收的数据创建机械臂群类和气缸群类，并在机械臂群类中创建机械臂类；将采集的物理数据写进对应的类中，并开发每一类数据相应的动态链接库；

所述物理数据打包模块对所述物理数据接收模块创建的类分别创建对象，并进行二进制序列化存储得到打包数据；

所述物理数据发送模块创建定时器，设置数据的发送频率，将打包数据发送至虚拟环境；

所述物理数据解析模块将物理数据发送模块发送的打包数据进行反序列化为对象，得到物理数据对象；

所述物理数据对象绑定模块将物理数据解析模块传输的物理数据对象进行分类，得到分别与连杆关节角度、夹具开关信号和气缸PLC信号对应的物理数据对象，并与虚拟环境下对应的连杆孪生粒子、夹具孪生粒子和气缸孪生粒子一一绑定；

所述物理数据驱动模块构建机械臂孪生粒子运动模型和气缸孪生粒子运动模型，将物理数据对象绑定模块传输的与连杆孪生粒子和气缸孪生粒子绑定的连杆关节角度和气缸PLC信号对应的物理数据对象输入机械臂孪生粒子运动模型和气缸孪生粒子运动模型，并结合夹具开关信号对应的物理数据对象，利用三维建模渲染软件驱动连杆孪生粒子、夹具孪生粒子和气缸孪生粒子运动，生成仿真数据；

所述虚实映射显示模块根据物理数据驱动模块传输的仿真数据将运动的孪生粒子模型可视化呈现；

所述系统分析判断模块分析物理数据驱动模块传输的仿真数据得到诊断结果进行产线报错；

所述决策生成模块根据诊断结果及仿真数据找到导致产线报错的物理实体，判断如何进行修正生成执行决策；

所述指令生成模块根据执行决策及仿真数据确定校正该物理实体产线报错的修正值，生成对相关物理实体的运动指令并发送至虚实纽带；

所述虚拟数据接收模块对指令生成模块发送的运动指令进行数据类型识别并分类为调整不同物理实体的运动指令；

所述虚拟数据打包模块对运动指令涉及的物理实体的类创建对象，把运动指令中对物理实体修正值写进对应的对象中，并把对象二进制序列化，存储得到打包数据；

所述虚拟数据发送模块创建定时器，设置数据的发送频率，将虚拟数据打包模块传输的打包数据发送至物理环境部分，控制相应的物理实体运动。

2.根据权利要求1所述复杂产品装配生产线数字孪生系统，其特征在于，所述机械臂群类为属于机械臂的数据类；所述机械臂类为属于同一机器臂的连杆和夹具的数据类；所述气缸群类为属于气缸的数据类。

3.根据权利要求1所述复杂产品装配生产线数字孪生系统，其特征在于，所述机械臂孪生粒子运动模型为机械臂的正向运动学模型；

所述气缸孪生粒子运动模型为：

速度×时间=气缸运动的路程

根据气缸运动的路程和气缸的预设运动轨迹确定气缸的位置。