楊樂 楊志威

通訊作者：楊志威，1995年11月，男，漢族，河南周口人，就讀于上海海事大學(xué)碩士研究生。研究方向：數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用、智能制造。

基金項(xiàng)目：港口機(jī)械與海工裝備智能裝配關(guān)鍵技術(shù)研究及其示范應(yīng)用（18040501600）;臨港新片區(qū)高新產(chǎn)業(yè)和科技創(chuàng)新專項(xiàng)項(xiàng)目（SH-LG-GK-2020-37）。

摘? 要：當(dāng)前，制造系統(tǒng)的復(fù)雜化越來越高，為提升制造系統(tǒng)中協(xié)作機(jī)器人的狀態(tài)監(jiān)控的實(shí)時性、準(zhǔn)確性與可預(yù)測性，借助數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行協(xié)作機(jī)器人的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，并基于一個葉片裝配案例完成對基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，通過系統(tǒng)應(yīng)用提升了協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控的透明度，驗(yàn)證了系統(tǒng)架構(gòu)的有效性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生;協(xié)作機(jī)器人;狀態(tài)監(jiān)控

一、引言

當(dāng)前，隨著制造業(yè)信息化的快速發(fā)展，尤其是數(shù)字化、智能化程度的提升，傳統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前制造業(yè)的智能化發(fā)展需求[1]。同時隨著“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”等智能制造戰(zhàn)略的實(shí)施，對于制造業(yè)在物理與虛擬空間的融合要求越來越高[2]。

制造業(yè)的制造環(huán)境正在變得越來越復(fù)雜，生產(chǎn)工廠隨之成為智能化裝備應(yīng)用的高度復(fù)雜集合體[3]。特別是在智能化市場的背景下，導(dǎo)致新的智能化裝備涌現(xiàn)出來，智能化裝備與技術(shù)正不斷在生產(chǎn)過程中普及與應(yīng)用。

當(dāng)前的制造工廠正不斷探尋智能化裝備的最優(yōu)生產(chǎn)效益，正普遍使用稱為協(xié)作機(jī)器人的新一代工業(yè)機(jī)器人。然而，隨著生產(chǎn)過程智能化水平的提高，系統(tǒng)往往變得復(fù)雜，尤其是在產(chǎn)品裝配等復(fù)雜的生產(chǎn)過程中，對于協(xié)作機(jī)器人的狀態(tài)監(jiān)控仍然存在不足。

對于協(xié)作機(jī)器人在復(fù)雜裝配過程應(yīng)用的研究，為了提升協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控的透明度與實(shí)時性，同時為了進(jìn)行后續(xù)的設(shè)備故障預(yù)測，同時避免對協(xié)作機(jī)器人實(shí)體頻繁操作驗(yàn)證產(chǎn)生的壽命等損害，通過在虛擬空間進(jìn)行快速設(shè)計(jì)、集成開發(fā)協(xié)作機(jī)器人三維可視化狀態(tài)監(jiān)控與仿真系統(tǒng)成為了最優(yōu)方法[4]。在此，數(shù)字孿生成為了協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控開發(fā)與應(yīng)用的新方法，借助數(shù)字孿生的概念實(shí)現(xiàn)對協(xié)作機(jī)器人物理行為狀態(tài)的監(jiān)控[5-6]。

本文的重點(diǎn)是關(guān)于數(shù)字孿生如何解決協(xié)作機(jī)器人的狀態(tài)監(jiān)控問題，本文基于一個裝配案例，描述基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)并研究其實(shí)用性。這個案例是一個葉片裝配問題，因?yàn)槿~片裝配是一個復(fù)雜、繁瑣并且危險的工作，將協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用于葉片裝配過程減輕人員的工作強(qiáng)度。

二、理論背景

（一）制造系統(tǒng)物理空間與信息空間的融合

在制造環(huán)境中，系統(tǒng)主要由生產(chǎn)要素、生產(chǎn)活動、生產(chǎn)過程三部分構(gòu)成[7]。

系統(tǒng)使用者面對的系統(tǒng)困難程度可以稱為系統(tǒng)復(fù)雜性[8]，制造系統(tǒng)復(fù)雜性中的重要一方面是關(guān)于物理空間與信息空間之間的交互與融合。制造系統(tǒng)發(fā)展的復(fù)雜性按照信息與物理空間的融合程度可以分為以下四個階段。

第一階段，制造系統(tǒng)全部由制造設(shè)備實(shí)體組成，生產(chǎn)設(shè)備在人員的監(jiān)視下運(yùn)行。

第二階段，信息系統(tǒng)開始出現(xiàn)，信息系統(tǒng)為物理生產(chǎn)過程進(jìn)行指導(dǎo)，制造系統(tǒng)的復(fù)雜性相對較低。

第三階段，計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)在制造活動中的應(yīng)用越來越頻繁，各個設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)連接，此時能夠通過信息空間對物理制造設(shè)備進(jìn)行控制，這也是目前制造系統(tǒng)處于的階段。

第四階段，信息與物理之間的交互與融合變得更加深入，對于制造系統(tǒng)的可預(yù)測性也更強(qiáng)，制造系統(tǒng)的自治性、調(diào)節(jié)性與柔性更強(qiáng)。

復(fù)雜的制造系統(tǒng)具有復(fù)雜的信息處理與交互過程，隨著智能化裝備在制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，復(fù)雜系統(tǒng)往往在監(jiān)控中存在弊端，系統(tǒng)隨之變得難以監(jiān)控與預(yù)測，特別是如果系統(tǒng)有人的參與時系統(tǒng)監(jiān)控的不足可能是致命的[9]。因此，在對復(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng)的過程監(jiān)控上需要更加實(shí)時、準(zhǔn)確與透明的方法。

（二）數(shù)字孿生理論與優(yōu)勢

數(shù)字孿生通過將物理實(shí)體在虛擬空間進(jìn)行創(chuàng)建與驅(qū)動完成孿生，通過數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)建與物理實(shí)體所完全對應(yīng)的虛擬映射模型，該虛擬映射模型被稱為孿生體[10]。數(shù)字孿生是物理實(shí)體的動態(tài)數(shù)字表示，數(shù)字化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的進(jìn)步使數(shù)字孿生成為可能，它可以更加逼真地反映物理系統(tǒng)的實(shí)時運(yùn)行狀況[11]。

當(dāng)前為解決智能制造在實(shí)現(xiàn)過程中遇到的物理與信息空間融合瓶頸問題，數(shù)字孿生技術(shù)借助自身優(yōu)勢受到國內(nèi)外企業(yè)和學(xué)者的廣泛關(guān)注。數(shù)字孿生通過構(gòu)建與物理實(shí)體一致的孿生模型，通過數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)對物理空間與信息空間之間的融合，孿生體不斷借助歷史數(shù)據(jù)對物理實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化[12]。

在國內(nèi)，北航的陶飛等人提出了數(shù)字孿生車間的概念，提出了數(shù)字孿生車間五維模型[13]。鄭守國等人提出基于數(shù)字孿生的飛機(jī)總裝生產(chǎn)線車間建?？蚣埽M(jìn)一步提升了飛機(jī)總裝生產(chǎn)線車間在物理空間與信息空間的實(shí)時交互與深度融合 [14]。張素明提出一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的火箭測試與發(fā)射過程健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該方案通過建立運(yùn)載火箭測試與發(fā)射階段數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)對火箭測試和發(fā)射過程的天地鏡像仿真，依托數(shù)字孿生模型，對運(yùn)載火箭健康管理功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化[15]。

國外的研究中，從學(xué)術(shù)研究來看，Greyce N Schroeder于 2014年發(fā)布了第一份關(guān)于DT的白皮書，并指出DT將加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造之間的循環(huán)[16]。在企業(yè)領(lǐng)域，Siemens公司將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到小型工控機(jī)設(shè)計(jì)中，完成了Nanobox PC的開發(fā)[17]。PTC公司采用數(shù)字孿生技術(shù)完成了物理與信息空間的實(shí)時交互，通過虛擬模型發(fā)現(xiàn)物理對象潛在的問題，并生成最優(yōu)的應(yīng)用結(jié)果[18]。

（三）數(shù)字孿生建模要素

數(shù)字孿生技術(shù)在制造過程中的實(shí)際應(yīng)用，需要從幾何，物理，行為和數(shù)據(jù)等維度對物理車間進(jìn)行數(shù)字孿生模型創(chuàng)建，數(shù)字孿生建模架構(gòu)如圖1所示。

1.幾何模型

數(shù)字孿生體是物理空間實(shí)體的真實(shí)映射，首先在孿生體的創(chuàng)建上需要從外觀、尺寸等方面建立與物理實(shí)體的一致性，基于實(shí)體的幾何尺寸、外觀與材質(zhì)等方面進(jìn)行三維模型創(chuàng)建與渲染，通常采用三維建模軟件用于對車間中的所有實(shí)體要素進(jìn)行三維建模。

2.物理屬性

在孿生體的物理規(guī)則上需要建立約束關(guān)系，后期對于模型的數(shù)據(jù)驅(qū)動不會出現(xiàn)偏離與實(shí)踐運(yùn)行過程不一致的狀況，借助虛擬現(xiàn)實(shí)軟件中物理引擎對物體添加物理屬性來完成對現(xiàn)實(shí)中運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)和碰撞等模擬。

3.行為規(guī)則

物理空間的生產(chǎn)過程是由多類生產(chǎn)要素構(gòu)建的行為與規(guī)則集合，在數(shù)字孿生虛擬空間中各個模型在行為上的銜接、切換需要遵從物理空間的特性，主要涉及各個設(shè)備的運(yùn)動狀態(tài)切換規(guī)則。

4.數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是驅(qū)動數(shù)字孿生虛擬空間進(jìn)行實(shí)時同步的關(guān)鍵，同時數(shù)據(jù)能夠?qū)缀危锢?，行為等維度進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)三維模型對物理空間實(shí)體真實(shí)性映射，針對物理空間數(shù)據(jù)的多樣性，需要借助數(shù)據(jù)庫等工具進(jìn)行管理，同時也便于處理與調(diào)用。

三、基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于數(shù)字孿生技術(shù)理論，將數(shù)字孿生技術(shù)在協(xié)作機(jī)器人上進(jìn)行運(yùn)用，通過三維模型設(shè)計(jì)、物理屬性設(shè)置、行為規(guī)則建模與采集傳輸協(xié)作機(jī)器人的數(shù)據(jù)，從而完成協(xié)作機(jī)器人工作環(huán)境的孿生，并借助實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)在數(shù)字孿生虛擬空間完成狀態(tài)監(jiān)測與過程監(jiān)控，同時提供仿真操作虛擬環(huán)境，方便操作人員進(jìn)行預(yù)測模擬，設(shè)計(jì)基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

（一）物理對象

物理對象即為孿生對象，數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)以物理對象為基礎(chǔ)，孿生體借助數(shù)據(jù)驅(qū)動完成對物理對象行為的模擬并保持同步運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)孿生映射過程。

（二）虛擬孿生體

虛擬孿生體是根據(jù)物理對象的四個維度構(gòu)建的，即從幾何、物理、行為和數(shù)據(jù)進(jìn)行映射。虛擬孿生體能夠進(jìn)行過程監(jiān)控、生產(chǎn)優(yōu)化、運(yùn)行指導(dǎo)等，虛擬孿生體在實(shí)時數(shù)據(jù)的驅(qū)動下，保證虛擬模型跟隨物理實(shí)體對象同步運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)各大功能。

（三）數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理是對孿生模型創(chuàng)建中數(shù)據(jù)維度的管理，通過數(shù)據(jù)管理完成數(shù)據(jù)采集與存儲，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程訪問。數(shù)據(jù)管理依據(jù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行創(chuàng)建，通過編目、分庫創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)對不同設(shè)備、不同時刻、不同類型數(shù)據(jù)的存儲，通過數(shù)據(jù)整個數(shù)字孿生系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

（四）實(shí)時狀態(tài)監(jiān)控

基于虛擬孿生體完成的三維可視化場景創(chuàng)建、物理屬性設(shè)置、行為規(guī)則模擬，再借助數(shù)據(jù)驅(qū)動，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)驅(qū)動行為建模。監(jiān)控內(nèi)容包括所有生產(chǎn)過程的實(shí)時同步映射，所有物理空間的生產(chǎn)流程都通過直觀的三維實(shí)時虛擬場景顯示。

四、基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)創(chuàng)建

基于系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)創(chuàng)建應(yīng)從幾何建模、虛擬場景開發(fā)、物理屬性設(shè)置、行為規(guī)則與數(shù)據(jù)管理幾個維度進(jìn)行創(chuàng)建，最終進(jìn)行集成開發(fā)與應(yīng)用，基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)創(chuàng)建流程如下圖3所示。

基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)創(chuàng)建的流程表述為：首先基于協(xié)作機(jī)器人實(shí)體尺寸、外觀等設(shè)計(jì)協(xié)作機(jī)器人三維模型;其次借助虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)引擎進(jìn)行虛擬場景創(chuàng)建，同時將設(shè)計(jì)好的三維模型導(dǎo)入到虛擬場景中;再之在虛擬場景中進(jìn)行物理屬性設(shè)置，同時進(jìn)行控制腳本的開發(fā);接下來依據(jù)物理空間協(xié)作機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)行為流程在虛擬環(huán)境中進(jìn)行行為模型創(chuàng)建與腳本開發(fā);最后實(shí)時采集狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時在虛擬環(huán)境中對模型進(jìn)行驅(qū)動，下面針對五大部分進(jìn)行研究與分析。

（一）協(xié)作機(jī)器人幾何建模與正運(yùn)動學(xué)分析

協(xié)作機(jī)器人幾何建模是指三維模型的創(chuàng)建，本文采用的是UR5協(xié)作機(jī)器人，其UR5協(xié)作機(jī)器人幾何參數(shù)模型如圖4所示。其中，依據(jù)尺寸使用SolidWorks進(jìn)行三維建模，到3dsMax中進(jìn)行渲染處理，并以FBX格式導(dǎo)出。

由UR5協(xié)作機(jī)器人幾何參數(shù)模型可知，軸一、五、六處于豎直方向，軸二、三、四處于水平方向，軸二、三、四相鄰3軸平行，滿足機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的Pieper準(zhǔn)則，其中，UR5機(jī)械臂DH參數(shù)如表1所示。

本研究用D-H變換矩陣表示軸i坐標(biāo)系在軸i-1坐標(biāo)系中的位置和角度，由此完成正運(yùn)動學(xué)求解。根據(jù)D-H法建立坐標(biāo)系的原則，D-H變換矩陣表示為：

（二）虛擬場景創(chuàng)建

系統(tǒng)要求創(chuàng)建的虛擬場景具有良好的真實(shí)感和沉浸感，因此，采用虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)引擎Unity3D作為數(shù)字孿生虛擬空間的開發(fā)軟件，可以減少系統(tǒng)底層開發(fā)的工作量，提高系統(tǒng)開發(fā)效率?；赨nity3D的虛擬場景開發(fā)流程如下圖5所示，主要包含三維模型導(dǎo)入、模型布局、環(huán)境設(shè)置、腳本開發(fā)、終端發(fā)布五大過程。

（三）物理屬性設(shè)置

Unity3D中包含多類物理引擎，物理引擎的作用是模擬當(dāng)有外力作用到對象時的按照真實(shí)物理行為作出的合理反應(yīng)，通過物理引擎，在虛擬場景中物體之間的發(fā)生接觸與作用后產(chǎn)生影響與效果展現(xiàn)的更加真實(shí)。其中，Rigidbody（剛體）可以模擬對象在受力下作出與現(xiàn)實(shí)世界中一致現(xiàn)象或行為的模擬;碰撞體與剛體一起促使物體碰撞的發(fā)生以及對碰撞后反應(yīng)動作的而模擬。

（四）基于FSM的虛擬環(huán)境行為規(guī)則模型

在虛擬環(huán)境中定義模型運(yùn)動動作時，考慮到物理協(xié)作機(jī)器人的狀態(tài)都是離散變化的，針對不同狀態(tài)的切換需要進(jìn)行消息的監(jiān)聽，從而作出對應(yīng)狀態(tài)下的動作。因此，本文采用基于有限狀態(tài)機(jī)（Finite State Machine，F(xiàn)SM）實(shí)現(xiàn)行為規(guī)則模擬。有限狀態(tài)機(jī)FSM由狀態(tài)、事件、轉(zhuǎn)換和活動組成[19]。

以物理空間UR5協(xié)作機(jī)器人對物體進(jìn)行識別完成抓取動作為例設(shè)計(jì)有限狀態(tài)機(jī)模型如圖6所示，該模型由來自物理環(huán)境采集指令與數(shù)據(jù)構(gòu)建的有限輸入集合;由物理環(huán)境機(jī)械臂行為構(gòu)建的有限狀態(tài)集合，每一個狀態(tài)由物理環(huán)境機(jī)械臂的實(shí)時動作數(shù)據(jù)驅(qū)動;以及有限輸出集合。

（五）數(shù)據(jù)驅(qū)動

可通過TCP/IP通信獲取UR5協(xié)作機(jī)器人實(shí)時狀態(tài)信息與數(shù)據(jù)，通過UR5協(xié)作機(jī)器人的相關(guān)IP地址與端口對相應(yīng)數(shù)據(jù)的讀取與解析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲與顯示。UR5協(xié)作機(jī)器人的實(shí)時與歷史數(shù)據(jù)使用MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲與管理。

在Unity3D虛擬環(huán)境中使用C#編寫數(shù)據(jù)庫訪問腳本并將獲取的數(shù)據(jù)傳遞給UR5協(xié)作機(jī)器人的幾何變換屬性參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)模型的驅(qū)動，Unity3D中協(xié)作機(jī)器人模型數(shù)據(jù)驅(qū)動流程如圖7所示。

五、案例分析

汽輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺是進(jìn)行多功能葉片振動試驗(yàn)的主要場所，在汽輪機(jī)葉片試驗(yàn)臺上裝備UR5協(xié)作機(jī)器人幫助完成葉片的裝配工作，葉片試驗(yàn)臺UR5協(xié)作機(jī)器人物理環(huán)境如圖8所示。

針對物理空間中的UR5協(xié)作機(jī)器人實(shí)體創(chuàng)建三維模型，在3dsMAX完成渲染后，導(dǎo)入到Unity3D創(chuàng)建的虛擬化環(huán)境中，同時進(jìn)行燈光與材質(zhì)的設(shè)置，建立好的UR5協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控虛擬場景如下圖9所示。

為了完成UR5協(xié)作機(jī)器人的工作空間的限定，通過碰撞檢測判斷是否接觸到地面等其他周圍物體，給整個UR5協(xié)作機(jī)器人三維模型添加Box Collider碰撞器。

系統(tǒng)通過封裝好的數(shù)據(jù)庫接口讀取實(shí)時數(shù)據(jù)傳遞給模型幾何變換與物理屬性的參數(shù)從而完成動態(tài)驅(qū)動過程。在對UR5協(xié)作機(jī)器人采集數(shù)據(jù)時，通過Socket對UR5協(xié)作機(jī)器人的實(shí)時反饋端口進(jìn)行訪問，該端口自動返回機(jī)器人狀態(tài)與消息，采樣周期為8 ms，因此響應(yīng)速度較快，能夠保證數(shù)據(jù)的實(shí)時性。

在虛擬環(huán)境中通過腳本獲取機(jī)械臂狀態(tài)數(shù)據(jù)并傳遞給UR5機(jī)械臂模型幾何變換參數(shù)中的變換屬性，實(shí)現(xiàn)各個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。由于虛擬狀態(tài)監(jiān)控環(huán)境采用1∶1的三維模型設(shè)計(jì)，同時使用實(shí)時采集的數(shù)據(jù)完成位置與角度的驅(qū)動，因此保證了UR5協(xié)作機(jī)器人的驅(qū)動狀態(tài)與物理實(shí)體的一致性。

依據(jù)汽輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺的物理機(jī)械臂實(shí)體對葉片抓取的標(biāo)準(zhǔn)過程，物理UR5協(xié)作機(jī)器人的葉片抓取過程狀態(tài)為：機(jī)器人處于初始位置;機(jī)器人移動到葉片放置位置;機(jī)器人抓取葉片;機(jī)器人移動到裝配位置;抓手釋放安裝葉片;回到初始位置。基于有限狀態(tài)機(jī)的行為規(guī)則模擬，在狀態(tài)轉(zhuǎn)換與控制上依據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)作為響應(yīng)事件的輸入變量，進(jìn)一步保證了模型驅(qū)動的精度。

在虛擬環(huán)境中完成葉片轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺的三維模型設(shè)計(jì)，并完成導(dǎo)入與布局，從而獲取實(shí)時采集的UR5協(xié)作機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)，構(gòu)建狀態(tài)輸入變量集合，完成數(shù)據(jù)接收，并結(jié)合機(jī)械臂物體識別與抓取行為規(guī)則狀態(tài)機(jī)程序邏輯按照抓取行為規(guī)則進(jìn)行狀態(tài)的切換，虛擬環(huán)境中UR5機(jī)械臂葉片抓取裝配驅(qū)動如圖10所示。

基于數(shù)字孿生技術(shù)的UR5協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)，通過系統(tǒng)應(yīng)用表明，相對于以往的汽輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺大大提升了整個葉片裝配過程的透明度，較其他機(jī)器人監(jiān)控平臺存在以下優(yōu)點(diǎn)。

一是解決了傳統(tǒng)二維監(jiān)控面板的沉浸感不足，基于數(shù)字孿生的三維虛擬監(jiān)控環(huán)境與物理空間的保真度更高，對于物理空間的觀察更加直觀與真實(shí)。

二是解決了傳統(tǒng)機(jī)器人不具備的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，提升了遠(yuǎn)程監(jiān)控時的延遲性，基于數(shù)字孿生實(shí)時數(shù)據(jù)驅(qū)動的狀態(tài)監(jiān)控響應(yīng)更加快速。

三是解決了傳統(tǒng)機(jī)器人采用攝像機(jī)監(jiān)控存在的死角，實(shí)現(xiàn)了全方位的狀態(tài)監(jiān)控。

六、結(jié)論

本文將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到協(xié)作機(jī)器人的狀態(tài)監(jiān)控領(lǐng)域，對基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)架構(gòu)，同時對系統(tǒng)開發(fā)所使用到的軟件與開發(fā)內(nèi)容、開發(fā)流程進(jìn)行了研究，并基于一個葉片裝配案例完成對基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)、應(yīng)用與驗(yàn)證。通過實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r對協(xié)作機(jī)器人的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時能夠?qū)崿F(xiàn)對抓取裝配過程的仿真，通過數(shù)字孿生三維可視化監(jiān)控幫助完成了對機(jī)械臂實(shí)際運(yùn)行過程中的分析，能夠?yàn)閰f(xié)作機(jī)器人運(yùn)行方案的改善提供支持與優(yōu)化。

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