一种组塔机器人数字孪生模型及构建方法技术

本发明专利技术公开了一种组塔机器人数字孪生模型及构建方法，以实现对电力组塔机器人性能数据的实时监测，模型包括物理空间模块、虚拟空间模块、通讯连接模块、孪生数据模块和上位机显示模块。物理空间模块的组塔机器人上布置若干的传感器；在虚拟空间模块构建与物理空间模块相对应的孪生虚拟场景；通讯连接模块用于传输组塔机器人物理空间模块数据至孪生数据模块；孪生数据模块分类处理物理空间模块多源异构数据，将组塔机器人和输电塔可视化多源模型与孪生数据模块处理的多源异构数据进行融合；技术人员通过上位机显示模块对组塔机器人性能数据的全面实时监测。本发明专利技术对于组塔机器人的设计、试验以及安全可靠的实现输电塔组立作业具有重要意义。业具有重要意义。业具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种组塔机器人数字孪生模型及构建方法


[0001]本专利技术涉及数字孪生
，尤其涉及一种组塔机器人数字孪生模型及构建方法。

技术介绍

[0002]目前，输电铁塔组立施工主要依靠人工完成，作业人员需要爬至几十米高的上、下塔段对接位置，完成内包角钢和外包铁与上、下塔段主材的螺栓连接，作业过程存在安全风险大、人员管控难、工艺质量不高等突出问题。利用机器人代替人工完成对输电塔的组立工作，对于减少人工作业的事故发生、提高作业效率和可靠性具有现实意义。
[0003]然而，可用于输电铁塔组立的特种机器人需要定制化设计，试验及作业过程中对于目标的可达性、作业的安全性和有效性均需要进行实时的监测和验证，以进行迭代优化设计，因此本专利技术采用数字孪生技术提出一种组塔机器人数字孪生模型及构建方法对于组塔机器人安全可靠的实现输电塔组立工作具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供了一种组塔机器人数字孪生模型及构建方法，以实现对组塔机器人试验及作业过程性能数据的实时监测，为后续的迭代优化提供参考。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]第一方面
[0007]本专利技术提供了一种组塔机器人数字孪生模型，包括物理空间模块、虚拟空间模块、通讯连接模块、孪生数据模块和上位机显示模块五部分；
[0008]所述物理空间模块包括组塔机器人、输电铁塔环境和在组塔机器人上布置的若干数量和类型的传感器；
[0009]所述虚拟空间模块用于构建与物理空间模块相对应的孪生虚拟场景；
[0010]所述通讯连接模块用于传输组塔机器人物理空间模块数据至孪生数据模块；
[0011]所述孪生数据模块：用于分类处理物理空间模块多源异构数据，将组塔机器人和输电塔可视化多源模型与孪生数据模块处理的多源异构数据进行融合；
[0012]上位机显示模块：用于技术人员对组塔机器人试验及作业过程性能数据的实时监测。
[0013]其中，所述传感器包括超声波避障传感器、载荷传感器和应变传感器。
[0014]其中，所述多源异构数据包括各类传感器采集数据、运动控制数据和电池监测数据。
[0015]其中，所述通讯连接模块采用LoRa无线数传通讯。
[0016]第二方面
[0017]本专利技术还提供了一种组塔机器人数字孪生模型的构建方法，所述数字孪生模型采用上述的模型，包括如下步骤：
[0018]S1、在物理空间模块的组塔机器人上布置若干数量和类型的传感器，采集组塔机器人对输电铁塔脚钉、横梁的障碍感知数据、夹持单元夹臂的载荷数据和传动丝杠的屈曲数据；
[0019]S2、在虚拟空间模块中构建组塔机器人多源模型和输电铁塔多源模型，所述组塔机器人多源模型包括几何模型、物理模型和行为逻辑模型，所述输电塔多源模型包括几何模型和物理模型；
[0020]S3、通过通讯连接模块将物理空间模块组塔机器人的行为、状态等多源异构数据传输至孪生数据模块；
[0021]S4、孪生数据模块对多源异构数据进行预处理，以提高信噪比，同时将来自不同数据源的数据分组到与其相关的特定组件中，通过为每个数据项分配一个唯一的标识来准确、高效地管理数据和表达部件状态，实现组塔机器人孪生数据的虚拟融合，并采用边缘计算方法实现对组塔机器人虚拟空间模块的实时交互驱动，孪生数据模块同时对历史数据进行存储；
[0022]S5、将孪生数据模块的实时数据以三维模型驱动和量化数据更新的方式在上位机显示模块进行展示，辅助技术人员进行组塔机器人试验及作业过程性能数据的实时监测。
[0023]其中，所述传感器包括超声波避障传感器、载荷传感器和应变传感器。
[0024]其中，所述多源异构数据包括各类传感器采集数据、运动控制数据和电池监测数据。
[0025]其中，所述通讯连接模块采用LoRa无线数传通讯。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027]特种机器人的研制往往需要经历迭代设计、试验验证和作业优化等过程，本专利技术提出一种组塔机器人数字孪生模型及构建方法，将数字孪生技术用于组塔机器人设计、试验和作业过程，实现对组塔机器人性能数据的全面实时监测，对于组塔机器人的设计、试验以及安全可靠的实现输电塔组立作业具有重要意义。
附图说明
[0028]图1所示为本专利技术实施例提供的模型模块组成结构示意图；
[0029]图2所示为本专利技术实施例提供的模型构建方法的流程图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]如图1所示，本实施例提供的一种组塔机器人数字孪生模型，所述组塔机器人数字孪生模型包括物理空间模块、虚拟空间模块、通讯连接模块、孪生数据模块和上位机显示模块五部分。
[0032](1)物理空间模块：包括真实组塔机器人、输电铁塔环境和在组塔机器人上布置的若干数量和类型的传感器；
[0033](2)虚拟空间模块：用于构建与物理空间模块相对应的孪生虚拟场景；
[0034](3)通讯连接模块：用于传输组塔机器人物理空间模块数据至孪生数据模块；
[0035](4)孪生数据模块：用于分类处理物理空间模块多源异构数据，将组塔机器人和输电塔可视化多源模型与孪生数据模块处理的多源异构数据进行融合；
[0036](5)上位机显示模块：用于技术人员对组塔机器人试验及作业过程性能数据的实时监测。
[0037]如图2所示，本实施例中一种组塔机器人数字孪生模型的构建方法，包括如下步骤：
[0038]S1、在物理空间模块的组塔机器人上布置若干数量和类型的传感器，采集组塔机器人对输电铁塔脚钉、横梁的障碍感知数据、夹持单元夹臂的载荷数据和传动丝杠的屈曲数据；
[0039]S2、虚拟空间模块场景依托Unity3D搭建，在虚拟空间模块中构建组塔机器人多源模型和输电铁塔多源模型，所述组塔机器人多源模型包括几何模型、物理模型和行为逻辑模型，所述输电塔多源模型包括几何模型和物理模型，其中几何和物理模型均采用Solidworks三维软件绘制，并经3dMax三维软件进行贴图和轻量化处理，提高可视化效果；
[0040]S3、通过通讯连接模块将物理空间模块组塔机器人的行为、状态等多源异构数据传输至孪生数据模块；
[0041]S4、孪生数据模块对多源异构数据进行预处理，以提高信噪比，同时将来自不同数据源的数据分组到与其相关的特定组件中，通过为每个数据项分配一个唯一的标识来准确、高效地管理数据和表达部件状态，实现组塔机器人孪生数据的虚拟融合，并采用边缘计算方法实现对组塔机器人虚拟空间模块的实时交互驱动，孪生数据模块同时对历史数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组塔机器人数字孪生模型，其特征在于：包括物理空间模块、虚拟空间模块、通讯连接模块、孪生数据模块和上位机显示模块五部分；所述物理空间模块包括组塔机器人、输电铁塔环境和在组塔机器人上布置的若干数量和类型的传感器；所述虚拟空间模块用于构建与物理空间模块相对应的孪生虚拟场景；所述通讯连接模块用于传输组塔机器人物理空间模块数据至孪生数据模块；所述孪生数据模块：用于分类处理物理空间模块多源异构数据，将组塔机器人和输电塔可视化多源模型与孪生数据模块处理的多源异构数据进行融合；上位机显示模块：用于技术人员对组塔机器人试验及作业过程性能数据的实时监测。2.如权利要求1所述的一种组塔机器人数字孪生模型，其特征在于：所述传感器包括超声波避障传感器、载荷传感器和应变传感器。3.如权利要求1所述的一种组塔机器人数字孪生模型，其特征在于：所述多源异构数据包括各类传感器采集数据、运动控制数据和电池监测数据。4.如权利要求1所述的一种组塔机器人数字孪生模型，其特征在于：所述通讯连接模块采用LoRa无线数传通讯。5.一种组塔机器人数字孪生模型的构建方法，其特征在于：所述数字孪生模型采用如权利要求1所述的模型，包括如下步骤：S1、在物理空间模块的组塔机器人上布置若干数量和类型的传感器，采集组塔机器人对输电铁塔脚钉、横梁的障碍感知数据、夹持单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文杰，车晓钰，魏志民，刘志东，王丽杰，徐勇，高国，杜春阳，刘超，马骏，孟令健，毛华，曹涛，刘庆林，王斌，崔荣坤，栗世勇，杜祎，詹云腾，潘光，孟啸啸，李春雪，党国毅，张晓亮，王江，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：