支撑煤矿机器人群组耦合运行的三级n维数字孪生系统技术方案

本发明专利技术公开了一种支撑煤矿机器人群组耦合运行的三级n维数字孪生系统，包括终端层、边缘层和云端层三个层级。终端物理层中的机器人群组通过终端AI模型，基于实时数据生成在终端虚拟层中的单机行为级孪生体，实现虚实双向控制，现场操作员通过AR设备获取增强信息，反馈决策意见，多模态控制节点；边缘虚拟层基于单机行为级孪生体生成协同任务级孪生体，通过边缘AI模型，构建n维边缘孪生系统。云端物理层的计算机主机为n维云端孪生系统提供算力支持，集控操作员通过VR设备接入云端孪生系统，实现远程监测与控制；云端虚拟层基于边缘侧数据生成全局规划级孪生体，通过云端AI模型实现n维云端孪生系统的平行分析，综合得出最优全局规划。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤矿智能化，具体而言，涉及一种支撑煤矿多场景机器人群组耦合运行的三级n维数字孪生系统。

技术介绍

1、随着煤矿智能化建设的推进，越来越多功能各异的机器人开始投入应用，势必会根据作业场景的区分，逐步形成各种机器人群组。科学高效地管理这些机器人群组，以及实现集控操作员、现场操作员和机器人群组之间的人机协同，就成为了至关重要的问题。而大数据、边缘计算、云计算、区块链、数字孪生和虚拟现实等新兴技术的突破发展，为解决这一难题提供了有力工具。通过融合这些新兴技术，可以进一步提高煤矿智能化水平，探索出智慧矿山运行新模式。

2、公开号cn113362037a的专利技术公开了一种基于边缘云的煤矿智能管理系统及方法，包括地面系统，通信网络模块和井下系统；地面系统用于训练煤矿数据模型，并通过云技术传输至井下系统；快速通信网络用于对地面系统和井下系统提供数据传输通道；井下系统用于接受地面系统传输的训练后的煤矿数据模型，并进行应用。步骤1，在煤矿地面系统中，交互模块获取训练请求，训练模块根据训练请求进行算法模型开发训练；步骤2，将开发训练后的算法模型发送至本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种支撑煤矿机器人群组耦合运行的三级n维数字孪生系统，其特征在于：包括终端层、边缘层和云端层三个层级；

2.根据权利要求1所述的支撑煤矿机器人群组耦合运行的三级n维数字孪生系统，其特征在于：终端层物理层(TP)中，机器人群组将传感器探测的数据通过ROS-Unity双向通讯工具，传输到本地的Ubuntu系统下的Unity3D软件中，然后通过模型库比对构建虚拟场景，同时机器人自身的运动状态和位姿信息实时映射到Unity3D的虚拟场景中，生成对应的单机行为级孪生体(T)。

3.根据权利要求1或2所述的支撑煤矿机器人群组耦合运行的三级n维数字孪生系统，其特征在于：边缘...

【技术特征摘要】

1.一种支撑煤矿机器人群组耦合运行的三级n维数字孪生系统，其特征在于：包括终端层、边缘层和云端层三个层级；

2.根据权利要求1所述的支撑煤矿机器人群组耦合运行的三级n维数字孪生系统，其特征在于：终端层物理层(tp)中，机器人群组将传感器探测的数据通过ros-unity双向通讯工具，传输到本地的ubuntu系统下的unity3d软件中，然后通过模型库比对构建虚拟场景，同时机器人自身的运动状态和位姿信息实时映射到unity3d的虚拟场景中，生成对应的单机行为级孪生体(t)。

3.根据权利要求1或2所述的支撑煤矿机器人群组耦合运行的三级n维数字孪生系统，其特征在于：边缘物理层(ep)包括协同建图(e1)边缘计算网关、协同作业(e2)边缘计算网关、边缘孪生(en)边缘计算网关和边缘权限管理(e0)主机；其中，协同建图(e1)边缘计算网关负责处理机器人(p2)、机器人(p3)以及现场操作员(p1)相互协同共同完成建图任务；协同作业(e2)边缘计算网关负责处理机器人(p2、p3)以及现场操作员(p1)相互协同共同完成作业任务；边缘孪生(en)边缘计算网关负责处理边缘端其他协同任务的边缘计算网关；边缘权限管理(e0)主机负责管理该边缘侧所有终端节点和边缘节点之间通讯权限。

4.根据权利要求3所述的支撑煤矿机器人群组耦合运行的三级n维数字孪生系统，其特征在于：边缘虚拟层(ev)中，协同建图(e1)系统中的虚拟人(e11)、机器人(e12、e13)和其他孪生体(e1m)，是基于终端虚拟层(tv)中单机行为级孪生体(t)数据而生成的对应的协同任务级孪生体(e)；首先接收权限比对成功的单机行为级孪生体(t)数据，生成协同任务级孪生体(e)，然后通过边缘ai模型，对协同任务级孪生体(e)的数据进行融合分析，判断当前建图数据是否完善，分析决策初步修补方案，然后将初步修补方案发送给各单机行为级孪生体(t)，各单机行为级孪生体(t)又控制各设备执行初步修补方案；同时ar设备也会接收到当前建图数据和分析决策的初步修补方案，现场操作员(p1)会反馈意见，以及控制单机行为级孪生体(t)或者物理机器人，来完成当前决策，最终协同建图(e1)系统将完善的建图结果上传给云端区块链网络(cbn)。

5.根据权利要求4所述的支撑煤矿机器人群组耦合运行的三级n维数字孪生系统，其特征在于：边缘虚拟层(ev)中，协同作业(e2)系统中的虚拟人(e21)、机器人(e22、e23)、其他孪生体(e2m)，是基于终端虚拟层(tv)中单机行为级孪生体(t)数据而生成的对应的协同任务级孪生体(e)；首先接收权限比对成功的单机行为级孪生体(t)数据，生成协同任务级孪生体(e)，得出当前最新的作业状态的虚拟场景，然后基于通讯权限分库，向某一设备节点下发其需要的另一设备节点的数据，保证数据的快速共享；协同作业(e2)系统基于当前的作业状态和全局规划，通过边缘ai模型，判断当前规划的执行情况，若执行不良好，则通过边缘ai模型，重新决策人机任务的分配，然后将决策结果发送给各单机行为级孪生体和ar设备，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学文，肖智杰，谢嘉成，沈卫东，秦浪，刘亚丽，刘曙光，王禧龙，刘京铨，杜瑞，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：