基于数字孪生的码垛机器人工作站在线监测研究

采用数字孪生技术对码垛机器人工作站进行研究,针对码垛机器人工作站的基本工艺流程,提出一种数字孪生模型构建方法,设计并完成了码垛机器人工作站在线监测系统,通过通信协议(Transmission Control Protocol, TCP)技术和机器人操作系统(Robot Operating System, ROS)共同完成物理码垛机器人工作站与虚拟码垛机器人工作站两者之间数据交互与实时通信,实现对码垛机器人工作站的工作状态进行可视化在线监测。研究表明,所构建的码垛机器人工作站孪生体可与物理实体实时随动,通过对物理实体工作状态的数据采集,完成实时可视化在线监测,保证了六轴协作臂对物块的抓取和定位准确率高达99.17%,可以进行准确的位置码放。     

基于数字孪生的工业机器人三维可视化监控EI北大核心

为实现对工业机器人的透明、实时可视化监控,提出一种基于数字孪生的工业机器人三维实时可视化监控系统。该系统基于改进的数字孪生系统框架建立机器人数字孪生体,实现了物理单元建模,以及孪生数据的采集、传输与解析,进而同步映射物理单元与虚拟单元,实现了对机器人的三维实时监控。通过采用所开发的原型系统进行验证,证明了所提系统的可行性和有效性。     

工业机器人装箱与码垛工作站数字孪生系统设计与优化

为优化工业机器人装箱与码垛的作业效率,结合数字孪生技术,在Visual Components软件中搭建了数字孪生模型,完成了基于Siemens S7和Modbus协议的信息物理融合系统架构设计,实现了物理实体与数字模型的实时链接。采用遗传算法规划了工业机器人装箱与码垛最优路径,利用Visual Components软件完成了编程与数字孪生同步验证。利用搭建的数字孪生模型对动力辊道线和机器人的参数进行优化后消除了码垛机器人的怠工状态,同时将装箱与码垛工作站的工作效率提高了13%。该研究可对装箱与码垛工作站提供参考和理论依据。     

基于数字孪生的遥操作机器人在线示教系统

为提高遥操作机器人的示教编程效率和在线示教的安全性，提出了面向遥操作机器人在线示教的数字孪生框架，建立了机器人及其工作场景的虚拟模型，实现了物理实体到数字孪生模型的映射；设计并实现了基于RGB-D图像和姿态示教器的遥示教方式，通过鼠标和姿态示教器规划虚拟机器人末端执行器的路径和姿态，并利用增强现实技术，实现了虚实融合示教，提高了遥操作机器人在线示教的人机交互性；构建了机器人及其工作场景的八叉树模型，在机器人按照规划的路径和姿态运动时，可以预测机器人与工作场景之间的碰撞干涉；系统将未发生碰撞干涉的规划路径和姿态指令发送给物理机器人控制器控制物理机器人运动，从而实现基于数字孪生遥操作机器人在线示教功能，提高在线示教系统的安全性。     

数字孪生车间机器人虚实驱动系统构建方法

针对目前数字孪生车间构建中工业机器人等虚拟实体建模复杂、开发周期长等问题,提出了一种数字孪生车间工业机器人虚实驱动系统的模块化构建方法,即将虚实驱动系统分为设置模型参数的交互层和按功能需求设计配置的控制层,然后将实体工业机器人等抽象为单功能原子模型耦合而成的仿真模型。模块化分层构建虚实驱动系统的方法能快速有效地实现工业机器人等数字孪生虚拟实体的建模,以及工业机器人在虚拟空间中的仿真运行模拟和虚实同步运行。     

安保机器人数字孪生系统研究

针对安保机器人物理结构复杂、控制系统精度要求高、实时数据采集、数字端的传感器信号处理等问题致使安保机器人开发周期长、开发难度大的问题,设计了一个安保机器人数字孪生系统。对安保机器人数字孪生系统的系统管理模块、系统监控模块、功能模块3个子模块进行了详细设计,实现了对安保机器人数字孪生系统的管理、机器人主要部件的参数监控、传感器数据的采集和处理以及同类型机器人的二次快速开发。     

面向数字孪生的车间运行三维实时监控系统

为解决自动化生产车间生产运行过程和生产信息实时可视化程度低、设备数据采集困难等问题,研究了数字孪生技术和OPC UA技术在车间三维实时可视化方面的应用。首先,以搭建数字孪生车间为基础,完成了三维实时监控系统总体框架的设计,并确定了其关键运行流程和技术路线。然后,对实现该系统的4项关键技术,即车间设备孪生体建模及虚拟车间的构建、基于OPC UA技术的车间多源异构数据采集和传输方式、虚实车间同步运行,以及生产加工数据的实时可视化进行了详细阐述。最后,通过设计开发了某印章生产线的三维实时监控系统,以实时数据驱动孪生车间运行的方式,完成了对物理车间生产过程在三维场景中全方位、任意距离的实时监控。并对采集的实时数据进行分析、处理和计算,实现了车间中设备使用率、产品合格率和库存状况等生产信息动态可视化,验证了该监控系统的可行性和有效性。     

海洋无隔水管修井的数字孪生框架与可视化交互

为保障海洋无隔水管修井作业安全,构建了修井数字孪生系统.设计了海洋修井数字孪生系统五维模型框架,包括修井系统物理实体、虚拟实体、虚实数据交互、人工智能数据分析、作业决策服务.通过SolidWorks构建三维模型,将其导入U nity 3D来建立场景,构建修井系统的虚拟实体,利用虚拟现实技术提升交互性;基于OPC UA协...     

工业机器人去毛刺工作站数字孪生系统设计与优化

为优化工业机器人去毛刺工作站的作业效率,利用数字孪生技术搭建了由1台机器人和2台变位机组成的去毛刺工作站数字孪生模型,实现了物理实体与数字模型的实时通信。采用遗传算法规划工业机器人去毛刺最优路径,利用去毛刺自动跟踪系统提高去毛刺的质量,利用搭建的数字孪生环境对机器人的工具中心点（Tool Center Point,TCP）速度轨迹曲线和作业能耗进行优化分析,使去毛刺工作站的作业效率提高了3.64%。该研究可对工业机器人去毛刺工作站开展相关工作提供参考和理论依据。     

基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统

为解决当前盾构换刀机器人缺乏有效监控方式的问题,设计了基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统。系统通过Unity3D仿真平台构建孪生模型,利用机器人运动学模型在实时数据驱动下映射物理实体的运动状态,实现换刀机器人可视化监控,并利用虚拟现实技术提高系统沉浸性和可交互性。同时,针对有限元仿真软件获取力学数据的方式耗时较长、难以满足监控系统实时性要求的问题,构建了基于BP神经网络的换刀机器人力学数据监测模型,可快速获取末端执行器的应力和形变数据以保证系统安全性。最后,开发了盾构机换刀机器人数字孪生监控系统原型样机,验证了所提监控系统的有效性和可行性。     

面向数字孪生车间的三维可视化实时监控方法

针对数字孪生车间的实时可视化监控难题,提出一种基于实时信息的生产车间三维可视化监控方法。分析了数字孪生车间与三维可视化实时监控之间的关系,提出一种多层次的三维可视化监控模式和实时数据驱动的虚拟车间运行模式。在此基础上,对基于实时信息的生产车间三维可视化实时监控方法4个关键实现技术,即虚拟车间几何建模、车间实时数据管理、车间多层次三维可视化监控和车间状态看板构建方法等进行了详细阐述。设计并开发了原型系统,通过实例验证了所提方法的有效性。     

环形穿梭车数字孪生系统可视化场景的搭建与实现

基于数字孪生理论搭建环形穿梭车数字孪生系统可视化模场景。从多角度对环形穿梭车进行物理结构、动作逻辑、运行数据上的分析，并使用模型编辑程序、模型驱动程序等工具搭建了一个同步于环形穿梭车物理实体的虚拟映射孪生体。通过对实时采集的环形穿梭车运行数据进行分析处理，实现对环形穿梭车系统的数字化监控和运维。     

基于数字孪生的卷烟厂仓储研究与应用

针对目前仓储存在运作效率低、数据实时性差、设备健康管理缺乏等问题，设计了基于数字孪生的仓储优化方案。通过三维模型和虚拟场景的搭建，构建了仓储的数字孪生模型，提出了数字孪生仓储的体系架构，选用了OPC UA通讯框架进行数据采集和通信，利用数据驱动数字孪生模型，实现了数字空间与物理空间的交互融合。最后通过某卷烟厂仓储的落地应用，验证了系统的可行性和有效性，为数字孪生技术在仓储管理领域的应用提供了技术支撑。     

基于数字孪生的数控机床自动上下料系统设计

为提高机油泵壳体加工的自动化程度,提升生产效率,需要对数控车床进行升级改造,增加C轴功能和动力刀架,并配套上下料机器人和自动料库.基于数字孪生技术,对自动上下料系统进行机电一体化设计.基于NX软件的MCD模块,建立了桁架式机器人的三维数字模型,并通过SIMIT软件实现该三维模型与控制程序的信号交换,并在此数字孪生模型的基础上,完成了上下料系统的机电一体化仿真和虚拟调试,缩短了新产品开发周期,降低了开发成本.     

基于数字孪生技术的工业机器人故障预测方法

为了提高工业机器人的运行效率，采用数字孪生技术和卷积神经网络算法设计了工业机器人故障的预测方法。首先设计了工业机器人故障预测的基本架构，然后利用数字孪生技术构建了虚实映射的工业机器人的物理模型，并提取工业机器人的运动姿态特征，最后利用卷积神经网络算法构建了工业机器人电机故障的预测模型，通过对故障特征信号特征提取和分类，实现了故障的实时预测。仿真结果表明：通过孪生虚拟模型获取的工业机器人运行状态与实际运行状态高度重合，采用提出的故障预测方法对100组数据处理，得到的正确率、精确率、召回率和F1值4个性能指标分别为0.961 7、0.903 5、0.925 4和0.923 1，均明显高于其他两种对比方法，为工业机器人进行故障诊断和预测提供有力的技术支持。     

基于数字孪生的电力机器人作业控制系统研究与应用

电力场景复杂多变,机器人自主作业具有一定危险性。机器人运动控制如果出现错误,将带来不可预估的破坏和影响,所以机器人面对执行实际任务之前,非常有必要对作业任务和功能算法通过仿真形式进行验证,以及在作业过程中对机器人状态和与环境交互数据进行实时监控,确保机器人安全可靠完成作业任务。文中提出了一种基于数字孪生的电力机器人作业控制系统与配网带电作业应用,从作业环境建模、机器人建模、运动学分析、路径规划、碰撞检测等方面构建数字孪生系统。并且搭建配网带电作业机器人剥线任务作业实验平台进行作业仿真在线监控实验验证。实验结果表明,该系统能够有效实现电力机器人的配网作业仿真和在线监控。     

数据驱动的生产线数字孪生系统构建与应用

为满足生产线智能化的发展需求,针对传统生产线现场调试周期长,生产线三维可视化能力差,生产数据不同步,现场状态监控成本高等问题,结合数字孪生技术,以数据驱动为基础,构建了生产线数字孪生系统。首先运用Process Simulate构建生产线上的各类设备的数字孪生模型,根据数据通信网络和数据采集架构图,利用OPC UA和Modbus通信,读取生产线设备实时数据,并存入相应的数据库中作为驱动生产线数字孪生模型的数据源,从而实现数字孪生模型对物理实体的实时映射。最后,通过搭建虚拟仿真环境,对数字孪生系统进行虚拟调试,并通过构建实例验证平台,验证生产线数字孪生系统的有效性和可行性。     

数字孪生驱动的旋转叶盘振动状态全景感知方法

针对旋转叶盘在线振动监测方法仅能获取有限测点信息的局限性,提出了一种基于数字孪生概念的旋转叶盘全域振动状态虚拟感知技术架构。首先,应用数字孪生理论从物理空间和数字空间分别介绍了该技术体系中各个模块的功能和逻辑关系,阐述了实现旋转叶盘振动状态全景感知的技术路线。其次,详细描述了孪生模型构建、非接触振动测试、孪生模型动态更新、虚拟感知及可视化模块开发等关键技术和实现方法。最后,面向旋转叶盘试验件构建了全域振动状态虚拟感知原型系统,对各项关键技术进行了理论分析与验证,并最终实现了动位移场和动应变场的全域状态感知。该方法能够在现有测试手段的基础上获得更加全面的叶盘振动信息,为旋转叶盘的在线状态监测提供了一种新的理论架构,并为后续进行叶盘疲劳寿命分析及可靠性预测提供有效的数据支撑。     

基于数字孪生技术的飞行区运行架构EI北大核心

针对智慧飞行区运行建设研究中,数字孪生的服务应用模块仍然存在数字模型与物理空间缺少交互、功能缺乏应用的问题,依托数字孪生技术对飞行区运行多要素进行物理映射和仿真,构建4层数字孪生基本体系架构;通过数据实时传输,实现物理空间与数字孪生模型、物理对象与虚拟目标之间的虚实映射和状态更新;结合孪生域的数据仿真迭代实现物理域的实时决策,为运行服务对象提供航空器实时状态反馈、指令风险评估等服务。在此架构内分析了五大关键技术的可行性和必要性,采用多种工具对飞行区运行三维空间结构进行建模,在结合航空器运行指令的场面风险评估仿真和可视化对目前的飞行区运行数字孪生技术成熟度进行评价的同时,验证了构建数字孪生运行飞行区的可行性。     

基于PMAC的工业码垛机器人控制特性研究

以工业码垛机器人控制系统及其控制特性为研究对象,设计了一种基于工业控制计算机(IPC)+多轴运动控制卡(PMAC)的模块化分布式控制系统,探讨了工业码垛机器人控制系统的理论建构和工程实现问题,并通过工程样机长时间、多样式的码垛作业实验,证实该工业码垛机器人控制系统能可靠实现伺服控制、路径规划、状态监控和人机界面操作.