一种通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法与流程

1.本发明属于工业监测技术领域，尤其涉及一种通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法。


背景技术：

2.工业4.0（industry 4.0）是基于工业发展的不同阶段作出的划分。按照共识，工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代。
3.传统制造业向工业4.0智能制造转型时，产线与设备改造替换是必要条件，智能产线中工业机械臂是不可或缺的设备，当机械臂的故障将导致产线停产停工，对企业生产计划与销售带来极大影响，当前各工业企业与机械臂生产企业，所面临的机械臂设备运维、状态监测依靠人工现场监控、专业数据分析师对机械臂进行运行数据分析，导致机械臂监测与维护成本较高。
4.因此，怎样才能更加直观、高效的对机械臂进行监测，保证其维护的有效性和及时性，成为目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，可以更加直观、高效的对机械臂进行监测，保证其维护的有效性和及时性。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，包括以下步骤：s1、通过3d建模技术，根据机械臂的物体参数，构建机械臂的孪生体模型；s2、实时获取机械臂的设备数据，并发送给物联网平台；设备数据包括状态数据及环境数据；s3、通过物联网平台，对接收到的设备数据进行预处理；s4、将预处理后的设备数据映射在机械臂的孪生体模型；s5、通过孪生体模型对机械臂的状态进行监测和预测。
7.优选地，s1包括：s11、根据机械臂的物体参数，按照1:1的比例，构建机械臂的低模的3d模型；s12、基于低模的3d模型，制作机械臂的各类运行动作动画，使其运行动作与机械臂物理机械运行动作一致；s13、将3d模型进行高模优化，并通过展uv、烘焙和贴图把高模的细节投射到低模上，得到机械臂的孪生体模型并存储在物联网平台中。
8.优选地，s11中，所述物体参数包括形状、材质和尺寸。
9.优选地，状态数据包括启动、关闭、运行、暂停和报警状态、六轴数据；环境数据包括电压、电流、温度数据。
10.优选地，s2中，通过现场采集系统设备或通信模块，利用物联网数据传输协议将输出传输至物联网平台；所述通信模块包括网关、5g模块。
11.优选地，s5中，通过孪生体模型对机械臂的状态进行预测时，若预测结果为存在异常需要处理，则发出预警信号。
12.优选地，s5中，当预测到故障时，物联网平台还给维护端发送预警信息；维护端为装载对应app的智能手机；维护端用于接收到预警信息后发出身份认证提示，并在发出身份认证提示后通过人脸识别的方式对维护人员的身份信息进行验证；若验证通过，则展示维护信息并进行阅读提醒；所述维护信息的内容包括需要检修的设备、预测的故障类型以及对应地点；维护端还用于发出阅读提醒后，接收维护人员的语音数据，并将语音数据的内容与维护信息的内容进行比对，若匹配通过，则维护端向物联网平台发送预警确认信号；若维护端对维护人员的信息验证未通过，则隔预设时长后再次发出身份认证提示；若仍未通过，则维护端给物联网平台发送维护派送失败信息；物联网平台用于接收到派送失败信息后，给别的维护端发送预警信息。
13.优选地，s5中，维护端还用于输入维护结果并发送给物联网平台；物联网平台还用于对预警信号、预警确认信号及派送失败信息进行存储，并按照预设的频率生成维修派送表格发送给管理端。
14.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：1、使用本方法，首先，通过3d建模技术，根据机械臂的物体参数，构建机械臂的孪生体模型；之后，实时获取机械臂的设备数据，并发送给物联网平台；再然后，通过物联网平台对接收到的设备数据进行预处理；并将预处理后的设备数据映射在机械臂的孪生体模型；之后，通过孪生体模型对机械臂的状态进行监测和预测。这样，通过数字孪生应用，对工业机械臂进行虚拟仿真，实现工业机械臂实时运行远程3d可视化。基于数字孪生技术，可构建工业机械臂现实与虚拟映射同步，实现工业机械臂远程运维监控。可以提高工业机械臂运维与监控效率，降低运维监控成本，提升制造业智能化水平。
15.综上，与现有技术相比，本发明可以更加直观、高效的对机械臂进行监测，保证其维护的有效性和及时性。
16.2、本方法将采集传感技术、边缘计算技术、物联网技术、大数据技术、3d几何建模技术等多技术融合构建数字孪生机械臂监控应用，智能化/自动化程度高，可以保证监控的全面性和持续性。
17.3、使用本方法，通过孪生体模型对机械臂的状态进行预测时，若预测结果为存在异常需要处理，则会发出预警信号。这样，可以让工作人员及时了解情况，进行相应的处理。
附图说明
18.为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：图1为发明的流程图；图2为实施例二中技术内容的流程图。
具体实施方式
19.下面通过具体实施方式进一步详细的说明：实施例一如图1所示，本实施例中公开了一种通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，包括以下步骤：s1、通过3d建模技术，根据机械臂的物体参数，构建机械臂的孪生体模型。
20.具体实施时，s1包括：s11、根据机械臂的物体参数，按照1:1的比例，构建机械臂的低模的3d模型；其中，所述物体参数包括形状、材质和尺寸。
21.s12、基于低模的3d模型，制作机械臂的各类运行动作动画，使其运行动作与机械臂物理机械运行动作一致；s13、将3d模型进行高模（高精度/面数模型）优化，并通过展uv、烘焙和贴图把高模的细节投射到低模上，得到机械臂的孪生体模型并存储在物联网平台中。
22.通过这样的方式，可以达到更佳的效果在数字孪生应用中顺畅运行。
23.s2、实时获取机械臂的设备数据，并发送给物联网平台；设备数据包括状态数据及环境数据；状态数据包括启动、关闭、运行、暂停和报警状态、六轴数据；环境数据包括电压、电流、温度数据。
24.具体实施时，可通过工业以太网的方式连接机械臂的plc控制器，以采集设备数据。工业通信网关可以在各种网络协议之间进行消息转换，即将plc的通信协议转换成标准协议，通过该协议实现数据采集服务器对plc设备现场信息的实时采集。
25.对于不能通过以太网端口直接通信且没有plc控制单元的机械臂，可以通过部署远程io来采集设备的运行数据，通过远程io可以实时采集工业机械臂的运行数据。
26.远程输入输出模块是工业级远程采集和控制模块，可以提供无源节点的开关输入采集。通过对设备电气系统的分析，确定所需的电信号并连接到远程io模块，远程io模块将电气系统的开关和模拟量转换成网络数据，并通过车间局域网传输到数据采集服务器。
27.s203将采集到的数据远传至云端通讯服务，或者接收平台层下达的控制指令，最终实现与平台层的交互。
28.现场采集系统设备或网关、5g等通信，利用物联网数据传输协议将输出传输至物联网平台。
29.大数据技术访问物联网平台数据库或消息队列订阅，对数据进行存储至数据库或推送至数字孪生场景。
30.s3、通过物联网平台，对接收到的设备数据进行预处理。
31.需要说明的是，对设备数据进行预处理时，数据预处理过程应符合数据异构转换要求、数据抽取要求、数据检索要求、数据清晰要求、数据规约要求、数据分类要求、数据特征提取要求和数据融合要求。
32.s4、将预处理后的设备数据映射在机械臂的孪生体模型；s5、通过孪生体模型对机械臂的状态进行监测和预测。其中，通过孪生体模型对机械臂的状态进行预测时，若预测结果为存在异常需要处理，则发出预警信号。
33.使用本方法，首先，通过3d建模技术，根据机械臂的物体参数，构建机械臂的孪生
体模型；之后，实时获取机械臂的设备数据，并发送给物联网平台；再然后，通过物联网平台对接收到的设备数据进行预处理；并将预处理后的设备数据映射在机械臂的孪生体模型；之后，通过孪生体模型对机械臂的状态进行监测和预测。这样，通过数字孪生应用，对工业机械臂进行虚拟仿真，实现工业机械臂实时运行远程3d可视化。基于数字孪生技术，可构建工业机械臂现实与虚拟映射同步，实现工业机械臂远程运维监控。可以提高工业机械臂运维与监控效率，降低运维监控成本，提升制造业智能化水平。除此，本方法将采集传感技术、边缘计算技术、物联网技术、大数据技术、3d几何建模技术等多技术融合构建数字孪生机械臂监控应用，智能化/自动化程度高，可以保证监控的全面性和持续性。并且，通过孪生体模型对机械臂的状态进行预测时，若预测结果为存在异常需要处理，则会发出预警信号。这样，可以让工作人员及时了解情况，进行相应的处理。与现有技术相比，本发明可以更加直观、高效的对机械臂进行监测，保证其维护的有效性和及时性。
34.实施例二如图2所示，与实施例一不同的是，本实施例的s5中，当预测到故障时，物联网平台还给维护端发送预警信息；维护端为装载对应app的智能手机；维护端用于接收到预警信息后发出身份认证提示，并在发出身份认证提示后通过人脸识别的方式对维护人员的身份信息进行验证；若验证通过，则展示维护信息并进行阅读提醒；所述维护信息的内容包括需要检修的设备、预测的故障类型以及对应地点；维护端还用于发出阅读提醒后，接收维护人员的语音数据，并将语音数据的内容与维护信息的内容进行比对，若匹配通过，则维护端向物联网平台发送预警确认信号；若维护端对维护人员的信息验证未通过，则隔预设时长后再次发出身份认证提示；若仍未通过，则维护端给物联网平台发送维护派送失败信息；物联网平台用于接收到派送失败信息后，给别的维护端发送预警信息；维护端还用于输入维护结果并发送给物联网平台；物联网平台还用于对预警信号、预警确认信号及派送失败信息进行存储，并按照预设的频率生成维修派送表格发送给管理端。本实施例中，管理端为装载对应软件程序的pc。
35.具体实施过程如下：在预测到故障时，需要派遣维护人员及时去进行维护检修，否则，对应的设备就很可能会发展成为真正的故障，维护成本会大幅度的提高。因此，本发明中，当预测到故障时，物联网平台会给维护端发送预警信息。
36.但预测到故障并给维护人员的维护端发送预警信息，并不能保证维护人员能够及时有效去进行相应的维护。
37.首先，维护人员的维护端可能并不在自己手上，例如，手机在维护人员家里的小孩手里。这样，即使维护端发出了对应的提示并且数据交互反应出已经被读取了维护信息，但读取维护信息的人员并不是维护人员，从而导致该维护人员并不能及时了解维护信息，甚至根本不知道维护信息。因此，本发明中，维护端接收到预警信息后会发出身份认证提示，并在发出身份认证提示后通过人脸识别的方式对维护人员的身份信息进行验证。通过这样的方式，可以保证了解维护信息的人员时维护人员，从而保证信息传达对象的准确性和有效性。
38.其次，即使维护人员了解到了维护信息，但是，有些时候，维护人员在阅读维护信
息时，并不会特别仔细的了解维护信息的具体内容，或者在其事情较多的时候，也很容易遗忘维护信息的相关内容， 从而导致其准备不足或者准确出错（例如带错了检修工具等情况），在实际的维护工作中这样的情况时常会发生。本方法中，维护人员身份验证通过后，在展示维护信息时，还会进行阅读提醒。换个说法，也就是在展示维护信息的同时，会提示维护人员对维护信息的内容进行阅读。维护信息的内容包括需要检修的设备、预测的故障类型以及对应地点。之后，维护端会接收维护人员的语音数据，并将语音数据的内容与维护信息的内容进行比对，若匹配通过，则维护端向物联网平台发送预警确认信号。通过这样的方式，阅读关键信息，需要认真的用眼睛看相关信息，并需要用嘴读取相关内容，这样多感官的刺激，可以极大程度的加深其印象，让其记得去处理。并且，由于对关键信息的了解较深，在准备时也可以更加准确的进行准备措施。
39.除此，本发明中，物联网平台还用于对预警信号、预警确认信号及派送失败信息进行存储，并按照预设的频率生成维修派送表格发送给管理端。这样，管理人员就可以定期了解到近端时间维护人员对维护信息的接收反馈情况，从而可以做到有理有据的进行对应处理，如进行对应的考核、学习等。
40.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、通过3d建模技术，根据机械臂的物体参数，构建机械臂的孪生体模型；s2、实时获取机械臂的设备数据，并发送给物联网平台；设备数据包括状态数据及环境数据；s3、通过物联网平台，对接收到的设备数据进行预处理；s4、将预处理后的设备数据映射在机械臂的孪生体模型；s5、通过孪生体模型对机械臂的状态进行监测和预测。2.如权利要求1所述的通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，其特征在于：s1包括：s11、根据机械臂的物体参数，按照1:1的比例，构建机械臂的低模的3d模型；s12、基于低模的3d模型，制作机械臂的各类运行动作动画，使其运行动作与机械臂物理机械运行动作一致；s13、将3d模型进行高模优化，并通过展uv、烘焙和贴图把高模的细节投射到低模上，得到机械臂的孪生体模型并存储在物联网平台中。3.如权利要求2所述的通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，其特征在于：s11中，所述物体参数包括形状、材质和尺寸。4.如权利要求3所述的通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，其特征在于：状态数据包括启动、关闭、运行、暂停和报警状态、六轴数据；环境数据包括电压、电流、温度数据。5.如权利要求4所述的通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，其特征在于：s2中，通过现场采集系统设备或通信模块，利用物联网数据传输协议将输出传输至物联网平台；所述通信模块包括网关、5g模块。6.如权利要求5所述的通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，其特征在于：s5中，通过孪生体模型对机械臂的状态进行预测时，若预测结果为存在异常需要处理，则发出预警信号。7.如权利要求1所述的通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，其特征在于：s5中，当预测到故障时，物联网平台还给维护端发送预警信息；维护端为装载对应app的智能手机；维护端用于接收到预警信息后发出身份认证提示，并在发出身份认证提示后通过人脸识别的方式对维护人员的身份信息进行验证；若验证通过，则展示维护信息并进行阅读提醒；所述维护信息的内容包括需要检修的设备、预测的故障类型以及对应地点；维护端还用于发出阅读提醒后，接收维护人员的语音数据，并将语音数据的内容与维护信息的内容进行比对，若匹配通过，则维护端向物联网平台发送预警确认信号；若维护端对维护人员的信息验证未通过，则隔预设时长后再次发出身份认证提示；若仍未通过，则维护端给物联网平台发送维护派送失败信息；物联网平台用于接收到派送失败信息后，给别的维护端发送预警信息。8.如权利要求7所述的通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，其特征在于：s5中，维护端还用于输入维护结果并发送给物联网平台；物联网平台还用于对预警信号、预警确认信号及派送失败信息进行存储，并按照预设的频率生成维修派送表格发送给管理端。

技术总结
本发明属于工业监测技术领域，尤其涉及一种通过数字孪生技术的工业机械臂远程监控方法，包括以下步骤：S1、通过3D建模技术，根据机械臂的物体参数，构建机械臂的孪生体模型；S2、实时获取机械臂的设备数据，并发送给物联网平台；设备数据包括状态数据及环境数据；S3、通过物联网平台，对接收到的设备数据进行预处理；S4、将预处理后的设备数据映射在机械臂的孪生体模型；S5、通过孪生体模型对机械臂的状态进行监测和预测。与现有技术相比，本发明可以更加直观、高效的对机械臂进行监测，保证其维护的有效性和及时性。的有效性和及时性。的有效性和及时性。


技术研发人员：巩书凯 简思忆 张芷馨 姜仁杰 陈磊
受保护的技术使用者：重庆忽米网络科技有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/8/16