[发明专利]一种基于虚幻引擎和移动机器人的虚实结合数字孪生系统

权利要求书

1.一种基于虚幻引擎和移动机器人的虚实结合数字孪生系统，其特征在于，包括：物理测试台、虚拟测试台以及虚实交互框架；

所述物理测试台包括：全向轮机器人、摄像机阵列以及基于AprilTag的定位系统；所述全向轮机器人包括多个全向轮的机器人底盘以及不同处理器的控制器；所述机器人底盘通过统一连接器与控制器连接；

所述虚拟测试台根据物理测试台，基于虚幻引擎5以及PhysX物理引擎进行搭建；

所述虚实交互框架包括：基于MySQL数据库的通讯框架和启发式参数搜索算法；所述基于MySQL数据库的通讯框架用于结合虚拟测试台与物理测试台，并作为虚拟测试台与物理测试台的数据的存储器和中转站；所述启发式参数搜索算法用于对虚拟测试台的部分物理参数进行搜索。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚幻引擎和移动机器人的虚实结合数字孪生系统，其特征在于，在物理测试台上搭载的摄像机阵列通过AprilTag定位方式捕获多机器人在平台上的位姿。

3.根据权利要求2所述的一种基于虚幻引擎和移动机器人的虚实结合数字孪生系统，其特征在于，所述物理测试台的摄像机阵列的基本单位为二自由度摄像机云台搭载摄像机构成的分布式节点；

所述摄像机阵列基于多重指标的分布式摄像机位姿优化算法，从视角和畸变两个角度构造新的评价指标，并使用粒子群算法进行优化，以检测物理测试台中全向轮机器人的位姿。

4.根据权利要求2所述的一种基于虚幻引擎和移动机器人的虚实结合数字孪生系统，其特征在于，所述物理测试台的全向轮机器人的底盘安装四个最大功率为176W的无刷电机。

5.根据权利要求2所述的一种基于虚幻引擎和移动机器人的虚实结合数字孪生系统，其特征在于，所述物理测试台的全向轮机器人的处理器包括：8位的ATmega 2560、32位的ATSAM 3X和NvidiaJetson TX2三种处理器。

6.根据权利要求1所述的一种基于虚幻引擎和移动机器人的虚实结合数字孪生系统，其特征在于，基于虚幻引擎5以及PhysX物理引擎的虚拟测试台的搭建过程为：

构建全向轮机器人的3D模型，并将STL文件导入到Blender中进行拼装并进行骨骼蒙皮，确定骨骼网格体模型；

将骨骼网格体模型导入到虚幻引擎5中生成复杂碰撞体，进行物理模拟；

开发虚幻引擎5与MySQL数据库通讯插件及虚拟机器人控制模块，实现虚拟机器人的控制。

7.根据权利要求6所述的一种基于虚幻引擎和移动机器人的虚实结合数字孪生系统，其特征在于，所述虚拟测试平台的部分物理参数包括：机器人主体质量、机器人四个全向轮质量、四个全向轮关节的线性阻尼以及四个全向轮关节的旋转阻尼。

8.根据权利要求1所述的一种基于虚幻引擎和移动机器人的虚实结合数字孪生系统，其特征在于，还包括：基于MySQL数据库的通讯框架和启发式参数搜索算法的虚实交互框架，所述虚实交互框架的算法为：

利用公式作为虚实轨迹测量指标，综合考量空间和时间误差；

其中，τ_phy和τ_vir分别表示物理测试台和虚拟测试台中机器人在特定输入控制下产生的状态轨迹，DTW为时间序列的相似度函数，α为虚拟测试台和物理测试台的时间总跨度的比值，k为一个惩罚系数，用于放大误差，β为权重系数。