一种用于机器人仿真的数字仿真系统及方法与流程

1.本发明涉及工业自动化领域，具体而言，涉及一种用于机器人仿真的数字仿真系统及方法。

背景技术：

2.在工业自动化教学行业，目前采用理论授课与真机实操相结合的教学方式。在自动化产线的设计行业，目前主要采用相互独立的三维仿真系统与数据仿真系统分别完成结构设计和程序设计。目前需要一种用于机器人仿真的数字仿真系统，使其能够提供工业仿真模型，让自动化产线设计者和学员在仿真度高的虚拟环境下进行产线搭建、plc编程、机器人编程及运行调试，提高设计工作和学习的效率，同时降低事故率。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种用于机器人仿真的数字仿真系统，其能够提供工业仿真模型，供用户在仿真度高的虚拟环境下进行产线搭建、plc编程、机器人编程及运行调试，提高了设计工作和学习的效率，同时降低事故率。
4.本发明的另一目的在于提供一种用于机器人仿真的数字仿真方法，其能够提供工业仿真模型，供用户在仿真度高的虚拟环境下进行产线搭建、plc编程、机器人编程及运行调试，提高了设计工作和学习的效率，同时降低事故率。
5.本发明的实施例是这样实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供一种用于机器人仿真的数字仿真系统，其包括仿真生产线编辑模块、仿真生产线运行模块以及数据采集与分析模块；上述仿真生产线编辑模块用于供多个用户在虚拟环境中对多个组装元件进行自由搭建以生成自动化产线模型；上述仿真生产线运行模块用于在上述自动化产线模型中实现各个上述组装元件之间的交互仿真；上述数据采集与分析模块用于采集上述自动化产线模型在运行过程中的用户行为数据、多个上述组装元件时序数据、异常情况数据以及产线效能指标数据。
7.在本发明的一些实施例中，上述一种用于机器人仿真的数字仿真系统还包括虚拟现实子系统和后端控制服务器，上述虚拟现实子系统用于通过仿真生产线运行模块接收上述自动化产线模型，并对上述自动化产线模型进行仿真处理；上述后端控制服务器用于安装上述一种用于机器人仿真的数字仿真系统；上述后端控制服务器与上述虚拟现实子系统实时通讯。
8.在本发明的一些实施例中，上述虚拟现实子系统包括三维仿真模块，上述三维仿真模块用于将多个上述组装元件以三维网格模型的形式进行优化和存储，并对上述三维网格模型赋予运动参数。
9.在本发明的一些实施例中，上述虚拟现实子系统包括材质仿真模块，上述材质仿真模块用于供上述三维网格模型针对外部因素给出特异性反馈，以增强上述自动化产线模型的材料质感；上述外部因素包括虚拟灯光和环境。
10.在本发明的一些实施例中，上述虚拟现实子系统包括物理仿真模块，上述物理仿真模块用于供虚拟场景中的各个上述组装元件利用上述运动参数以现实存在方式进行交互运动。
11.在本发明的一些实施例中，上述运动参数包括重力、动量、角动量、阻尼和摩擦中任意一种或多种物理变量；上述交互运动包括碰撞、振荡、坠落、驱动、滚转、夹取、按压、传动中的任意一种或多种物理行为。
12.在本发明的一些实施例中，多个上述组装元件包括电气元件、工具、场景和人物中的任意一种或多种。
13.第二方面，本技术实施例提供一种用于机器人仿真的数字仿真方法，其包括如下步骤：供多个用户在虚拟环境中对多个组装元件进行自由搭建以生成自动化产线模型；在上述自动化产线模型中实现各个上述组装元件之间的交互仿真；采集上述自动化产线模型在运行过程中的用户行为数据、多个上述组装元件时序数据、异常情况数据以及产线效能指标数据。
14.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
15.针对第一方面～第二方面：本技术通过供多个用户在虚拟环境中对多个组装元件进行自由搭建，以生成自动化产线模型供工业生产使用，并且使视觉感官和物理行为与现实世界一致；在自动化产线模型中实现各个组装元件之间的交互仿真，使得仿真产线在虚拟环境的运行效果与现实世界中的对应实例一致；采集上述自动化产线模型在运行过程中的用户行为数据、多个上述组装元件时序数据、异常情况数据以及产线效能指标数据，便于供用户进行验证、分析、改进、示范和教学使用。本技术能够让不同用户任意创建生产线仿真的自动化产线模型，在虚拟环境中运行和测试，并记录和分析运行数据。提供了工业仿真模型，满足于用户在仿真度高的虚拟环境下进行产线搭建、plc编程、机器人编程及运行调试，提高了设计工作和学习的效率，同时降低事故率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
17.图1为本发明实施例1用于机器人仿真的数字仿真系统的原理示意图；
18.图2为本发明实施例1用于机器人仿真的数字仿真系统的应用示意图；
19.图3为本发明实施例1用于机器人仿真的数字仿真系统的的方法流程示意图；
20.图4为本发明实施例2电子设备的原理示意图。
具体实施方式
21.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
22.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
24.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。
25.实施例1
26.请参阅图1～图3，图1～图3所示为本技术实施例提供的用于机器人仿真的数字仿真系统的示意图。用于机器人仿真的数字仿真系统，其包括仿真生产线编辑模块、仿真生产线运行模块以及数据采集与分析模块；上述仿真生产线编辑模块用于供多个用户在虚拟环境中对多个组装元件进行自由搭建以生成自动化产线模型；上述仿真生产线运行模块用于在上述自动化产线模型中实现各个上述组装元件之间的交互仿真；上述数据采集与分析模块用于采集上述自动化产线模型在运行过程中的用户行为数据、多个上述组装元件时序数据、异常情况数据以及产线效能指标数据。
27.本技术能够满足不同角的用户进行使用，比如自动化产线设计者和学员。仿真生产线编辑模块让各个角的用户利用不同组装元件在虚拟环境中任意搭建和组装，得到生产线的自动化产线模型。通过现实存在的多种组装元件生成个性化的自动化产线模型，在视觉感官和物理行为方面与现实世界保持高度一致，其中多种组装元件利用元件库存储和获取。仿真生产线运行模块连接仿真生产线编辑模块，从而对自动化产线模型中各个组装元件之间的交互进行仿真，保障仿真产线在虚拟环境中的运行效果与现实世界中的对应实例保持高度一致。数据采集与分析模块通过自动化产线模型采集在运行过程中产生的数据，比如用户行为数据、搭建的多个组在互动时的时序数据、异常情况数据、以及通过多个组装组件互动获取的产线效能指标数据，供用户对上述数据进行验证、分析、改进、示范和教学使用。
28.在本发明的一些实施例中，上述一种用于机器人仿真的数字仿真系统还包括虚拟现实子系统和后端控制服务器，上述虚拟现实子系统用于通过仿真生产线运行模块接收上述自动化产线模型，并对上述自动化产线模型进行仿真处理；上述后端控制服务器用于安装上述一种用于机器人仿真的数字仿真系统；上述后端控制服务器与上述虚拟现实子系统实时通讯。
29.虚拟现实子系统用于自动化产线模型在图像和物理方面进行仿真，后端控制服务器用于安装一种用于机器人仿真的数字仿真系统。后端控制服务器通过连接虚拟现实子系统实现实时通讯，从而后端控制服务器通过系统的仿真生产线运行模块将自动化产线模型实时传输到虚拟现实子系统，并通过虚拟现实技术对仿真生产线运行模块进行仿真处理。可选的，后端控制服务器可以通过网络获取虚拟现实子系统的服务，从而生成对应实例的
模型，其中虚拟现实子系统可以设置于云端或者安装于其他电脑。
30.在本发明的一些实施例中，上述虚拟现实子系统包括三维仿真模块，上述三维仿真模块用于将多个上述组装元件以三维网格模型的形式进行优化和存储，并对上述三维网格模型赋予运动参数。
31.三维仿真模块将多个组装元件以规则三维网格模型的形式进行优化和存储，从而将不同要素的组装元件进行三维仿真处理，并对多个组装组件赋予运动参数，从而支持不同动作实现不同组装元件之间交互。
32.在本发明的一些实施例中，上述虚拟现实子系统包括材质仿真模块，上述材质仿真模块用于供上述三维网格模型针对外部因素给出特异性反馈，以增强上述自动化产线模型的材料质感；上述外部因素包括虚拟灯光和环境。
33.其中，材质仿真模块连接三维仿真模块，从而供多个组装元件生成的三维网格模型针对外部因素给出特异性反馈，以增强上述自动化产线模型的材料质感。外部因素可以为通过虚拟光照比如灯光，或其他环境因素比如自然条件下的阳光和下雨等等。
34.在本发明的一些实施例中，上述虚拟现实子系统包括物理仿真模块，上述物理仿真模块用于供虚拟场景中的各个上述组装元件利用上述运动参数以现实存在方式进行交互运动。
35.上述物理仿真模块连接材质仿真模块，从而在材质仿真处理后，供虚拟场景中的各个上述组装元件利用上述运动参数实现交互运动，从而以现实存在方式进行仿真动作。
36.在本发明的一些实施例中，上述运动参数包括重力、动量、角动量、阻尼和摩擦中任意一种或多种物理变量；上述交互运动包括碰撞、振荡、坠落、驱动、滚转、夹取、按压、传动中的任意一种或多种物理行为。物理仿真模块支持上述一种或多种物理变量，从而实现各种现实的物理行为，提高虚拟场景下的仿真度。
37.在本发明的一些实施例中，多个上述组装元件包括电气元件、工具、场景和人物中的任意一种或多种。从而后端控制服务器通过多种元素构成任意一种工业应用的自动化产线模型，通过虚拟现实子系统随时处理，从而更新处理后的对应实例。
38.本技术实施例与实施例1的原理相同，在此不必重复描述。可以理解，图1所示的结构仅为示意，用于机器人仿真的数字仿真系统还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
39.实施例2
40.请参阅图4，图4所示为本技术实施例提供的电子设备的一种示意性结构框图。电子设备包括存储器101、处理器102和通信接口103，该存储器101、处理器102和通信接口103相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器101可用于存储软件程序及模块，如本技术实施例1所提供的用于机器人仿真的数字仿真系统对应的程序指令/模块，处理器102通过执行存储在存储器101内的软件程序及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。该通信接口103可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。
41.其中，存储器101可以是但不限于，随机存取存储器(random access memory，ram)，只读存储器(read only memory，rom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)，可擦除只读存储器(erasable programmable read-only memory，eprom)，
电可擦除只读存储器(electric erasable programmable read-only memory，eeprom)等。
42.处理器102可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器102可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、网络处理器(network processor，np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
43.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，上述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
44.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
45.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
46.综上所述，本技术实施例提供的一种用于机器人仿真的数字仿真系统及方法：本技术通过供多个用户在虚拟环境中对多个组装元件进行自由搭建，以生成自动化产线模型供工业生产使用，并且使视觉感官和物理行为与现实世界一致；在自动化产线模型中实现各个组装元件之间的交互仿真，使得仿真产线在虚拟环境的运行效果与现实世界中的对应实例一致；采集所述自动化产线模型在运行过程中的用户行为数据、多个所述组装元件时序数据、异常情况数据以及产线效能指标数据，便于供用户进行验证、分析、改进、示范和教学使用。本技术能够让不同用户任意创建生产线仿真的自动化产线模型，在虚拟环境中运行和测试，并记录和分析运行数据。提供了工业仿真模型，满足于用户在仿真度高的虚拟环境下进行产线搭建、plc编程、机器人编程及运行调试，提高了设计工作和学习的效率，同时降低事故率。通过本技术能够让用户不受物理空间和资金，自行搭建任意规模的虚拟产线并测试其运行效果；并且，利用虚拟现实子系统进行图像和物理方面的处理，能够提升视觉感官和物理特性的逼真程度，能够应用于后端控制服务器的电脑上运行。
47.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技
术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：

1.一种用于机器人仿真的数字仿真系统，其特征在于，包括仿真生产线编辑模块、仿真生产线运行模块以及数据采集与分析模块；所述仿真生产线编辑模块用于供多个用户在虚拟环境中对多个组装元件进行自由搭建以生成自动化产线模型；所述仿真生产线运行模块用于在所述自动化产线模型中实现各个所述组装元件之间的交互仿真；所述数据采集与分析模块用于采集所述自动化产线模型在运行过程中的用户行为数据、多个所述组装元件时序数据、异常情况数据以及产线效能指标数据。2.如权利要求1所述的一种用于机器人仿真的数字仿真系统，其特征在于，还包括虚拟现实子系统和后端控制服务器，所述虚拟现实子系统用于通过仿真生产线运行模块接收所述自动化产线模型，并对所述自动化产线模型进行仿真处理；所述后端控制服务器用于安装所述一种用于机器人仿真的数字仿真系统；所述后端控制服务器与所述虚拟现实子系统实时通讯。3.如权利要求2所述的一种用于机器人仿真的数字仿真系统，其特征在于，所述虚拟现实子系统包括三维仿真模块，所述三维仿真模块用于将多个所述组装元件以三维网格模型的形式进行优化和存储，并对所述三维网格模型赋予运动参数。4.如权利要求3所述的一种用于机器人仿真的数字仿真系统，其特征在于，所述虚拟现实子系统包括材质仿真模块，所述材质仿真模块用于供所述三维网格模型针对外部因素给出特异性反馈，以增强所述自动化产线模型的材料质感；所述外部因素包括虚拟灯光和环境。5.如权利要求4所述的一种用于机器人仿真的数字仿真系统，其特征在于，所述虚拟现实子系统包括物理仿真模块，所述物理仿真模块用于供虚拟场景中的各个所述组装元件利用所述运动参数以现实存在方式进行交互运动。6.如权利要求5所述的一种用于机器人仿真的数字仿真系统，其特征在于，所述运动参数包括重力、动量、角动量、阻尼和摩擦中任意一种或多种物理变量；所述交互运动包括碰撞、振荡、坠落、驱动、滚转、夹取、按压、传动中的任意一种或多种物理行为。7.如权利要求1所述的一种用于机器人仿真的数字仿真系统，其特征在于，多个所述组装元件包括电气元件、工具、场景和人物中的任意一种或多种。8.一种用于机器人仿真的数字仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：供多个用户在虚拟环境中对多个组装元件进行自由搭建以生成自动化产线模型；在所述自动化产线模型中实现各个所述组装元件之间的交互仿真；采集所述自动化产线模型在运行过程中的用户行为数据、多个所述组装元件时序数据、异常情况数据以及产线效能指标数据。

技术总结

本发明提出了一种用于机器人仿真的数字仿真系统及方法，涉及工业自动化领域。一种用于机器人仿真的数字仿真系统，其包括仿真生产线编辑模块、仿真生产线运行模块以及数据采集与分析模块；上述仿真生产线编辑模块用于供多个用户在虚拟环境中对多个组装元件进行自由搭建以生成自动化产线模型；上述仿真生产线运行模块用于在上述自动化产线模型中实现各个上述组装元件之间的交互仿真；上述数据采集与分析模块用于采集上述自动化产线模型在运行过程中的用户行为数据、多个上述组装元件时序数据、异常情况数据以及产线效能指标数据。本申请提高了设计工作和学习的效率，同时降低事故率。故率。故率。