基于ROS框架的协作机器人数字孪生系统研究与实现

被引量 : 0次 | 上传用户:asergh12
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着物联网、云计算、大数据等计算机技术的高速发展,在世界各国工业智能化转型的战略背景下,数字孪生技术已然成为各国推动智能制造转型升级与工业领域产品全生命周期性能优化的重要使能技术之一,其信息技术与物理系统深度融合的特征为目标对象数据感知、决策优化、自主执行的智能化过程提供了理论与技术支持。在我国智能制造的转型过程中,协作机器人由其轻量化的设计、高弹性的应用场景、多样化的示教方案和高效的人机协作过程,被越发广泛地应用于复杂多变的生产环境中。针对协作机器人的数字孪生系统研究不仅能通过数字孪生技术下虚拟模型与物理实体相互映射、相互影响、深度融合的特点,进一步提高协作机器人在面对生产线与环境变化时的灵活适应能力与示教效率,且能实现协作机器人本身在其生命周期中的运动过程监测、路径轨迹诊断、人机协作安全性保障等要求,保障其在全生命周期内的稳定运行和高效的性能迭代优化。本文基于机器人开源操作系统ROS框架,对协作机器人数字孪生系统进行研究,并使用UR5机器人实现数字孪生系统。根据数字孪生相关理论,本文提出协作机器人数字孪生系统框架。框架设计基于数字孪生系统“描述、预测、诊断、决策”要求,共分为物理实体、虚拟模型、孪生数据库、预测与决策模型、服务与应用端五个部分。其中虚拟模型对物理实体进行静态与动态两个层次的描述,预测与决策模型完成数字孪生“预测、诊断、决策”要求,孪生数据库作为孪生数据的采集、存储与调用中枢,服务与应用端为系统的前端展示与交互接口。通过协作机器人虚拟模型完成对物理实体的描述。虚拟模型的静态描述过程包含协作机器人零件建模与整机建模两部分,基于ROS框架的URDF格式模型,以半结构化数据文件对协作机器人零件层级的几何特征、外观渲染以及装配层级的关节父子关系定义、关节限位、装配位置进行定义。动态描述过程对协作机器人正运动学、逆运动学及工作范围进行研究,并基于机器人运动学模型完成虚拟模型对物理实体的控制要求。孪生数据库对协作机器人数字孪生系统的多源异构孪生数据进行多平台融合的分类存储,结合Redis、My SQL和Base X数据库,支撑高频热点数据与低频数据的分流,并基于不同数据库与调用平台,设计数据采集、调用及编码相关接口,以数据中枢的形式确保数字孪生系统稳定运行。预测与决策模型在协作机器人末端轨迹容错范围阈值的研究基础上,结合三次多项式动态回归模型,对协作机器人运行轨迹进行预测、诊断与纠正。本文的动态回归模型充分利用孪生数据实时更新的特征,基于实时反馈数据对预测模型参数进行动态修正。预测与决策模型充分利用了数字孪生模型高速迭代更新的特征与强大的算力,实现对协作机器人运动轨迹偏航的提前预知与及时纠正。服务与应用端为协作机器人数字孪生系统的前端接口,包含了虚拟模型可视化、系统交互方法、孪生数据可视化及预测与决策过程可视化。基于Unity3D的数字孪生服务与应用平台为数字孪生系统前端提供了弹性的扩展空间:在Unity物理引擎与ROS框架的Ros Bridge Socket协议支持下,数字孪生服务与应用端与ROS框架实现深度融合,使协作机器人数字孪生系统适应多场景应用要求。本文提出的协作机器人数字孪生系统在虚拟建模技术、大数据技术、算法与服务端深度融合的框架下,做到协作机器人的运行状态可视化、控制过程透明化、决策方法最优化及示教过程高效化。
其他文献
二十大报告中指出,我国各行业企业应积极加快发展数字化转型,加速中国实体经济与数字经济的融合,提升企业在国际竞争中的优势,打造一批能够走向国际的数字化产业集群。物流服务行业作经济流通中的枢纽,要建设高效顺畅的流通体系,物流企业的数字化转型已经形成未来发展的一定趋势。近年来,政府部门对各行业数字化转型发展的支持和鼓励,使得物流企业管理者更加清楚地认识到数字化转型对于企业发展的重要性,数字化转型不仅可以
学位
幂律广泛存在于日常生活中,本文选取了从2003到2011年31个省市各地区第一产业增加值等30个经济变量,采用数据挖掘方法分析它们是否与其中地区国内生产总值满足幂律关系并做进一步的讨论。 在以往关于经济变量的之间关系研究中,鲜有文献能得到明确的量化关系,并且都只是观察两个变量随时间增长的变化趋势,在空间上经济变量是否满足幂律基本上无涉猎。本文将从空间和时间两个方面讨论经济变量之间满足非线性的
学位
知识组织体系是信息资源语义发现和知识组织的关键基础设施。从国内外知识组织体系建设现状和应用需求出发,提出了建设我国集成知识组织体系的目标和建设思路,以及详细的集成知识组织体系的框架和组成成分,指出集成知识组织体系的核心是概念网络和术语网络,设计了详细的概念网络和数据网络的数据模型,探讨了集成知识组织体系建设中的维护、发展及知识产权等关键问题,并分析了集成知识组织体系在支持语义知识发现、自动标引、概
期刊
<正>一、题目呈现我们总是在不断地遇见。遇见一个人、遇见一件事、遇见一片景乃至遇见一本经典、遇见一个时代……亲爱的同学,那你有没有想过,遇见的这个人,他(她)曾带给你怎样的感动?遇见的这件事,它曾带给你怎样的思考?遇见的这片景,它曾带给你怎样的震撼?遇见的这本书,它曾带给你怎样的启发?而遇见的祖国与这个时代,又带给你怎样的思索,你又将向它交上一份怎样的答卷?
期刊
研究了高钛重矿渣砂预湿时间和物化参数、膨胀剂种类和掺量对超高性能混凝土自收缩特性的影响;试验结果表明:延长高钛重矿渣砂预湿时间有助于缓解混凝土内部相对湿度的降低和减小自收缩变形;位于Ⅱ区且细度模数2.8~3.0的高钛重矿渣砂能明显降低超高性能混凝土自收缩;少量渣粉对超高性能混凝土的自收缩影响较小,当渣粉含量超过一定值后,自收缩变形显著增加。FQY型膨胀剂为多种膨胀组分复配而来,具有较高的膨胀能和十
期刊
循环经济政策能通过减少资源消耗浪费、实现资源循环再利用来提升企业环境绩效,但也可能会因此加剧规制成本压力或受困于技术复杂性而挫败企业治污积极性。为此,本文利用中国工业企业数据库、工业企业污染排放数据和投入产出数据,通过构建双重差分模型识别循环经济试点政策对企业污染排放的影响,以分析其到底是企业污染治理中的“助推器”还是“绊脚石”。研究发现:循环经济试点政策实施后,实验组的污染物排放量相比于对照组显
期刊
随着可再生能源占比不断提高,电压越限、网络损耗等问题对主动配电网安全高效运行的影响愈发严重。因此必须要合理利用逆变器的无功功率,然而在主动配电网潮流中有功功率和无功功率相互耦合,且运行变量规模庞大导致算力不足等问题,使得传统的配电网优化模型难以运行维护。为改善主动配电网中的电压越限、网络损耗等问题,本文采用了一种基于优先强化学习的有功无功协调控制策略应用于主动配电网模型,该策略通过在控制器和主动配
期刊
基于2003—2019年中国30个省份的面板数据,构建面板回归模型、中介效应和调节效应模型,探讨生产性服务业集聚对绿色低碳循环经济发展水平的影响和作用机制,以及生产性服务业集聚对绿色低碳循环经济发展水平影响的地区异质性。结果表明:生产性服务业集聚对绿色低碳循环经济发展水平产生“U”型影响;环境规制强化了生产性服务业集聚与绿色低碳循环经济发展水平之间的“U”型曲线关系;在生产性服务业集聚作用于绿色低
期刊
发展循环经济,是我国的核心战略决策。煤矿企业作为国民经济的支柱型产业,要担负起社会职责,在循环经济的建设中,加强探究力度,对生态型产业的发展必要性加强认识。在循环经济的建设和发展中,充分利用有效的资源,实现环境保护和经济效益的共同发展。本文探讨了循环经济的内涵,结合煤矿企业发展循环经济的重要性,总结了煤矿企业发展循环经济的原则和具体的实践策略。
期刊
循环经济是破解资源环境约束的最佳路径之一,也是当前我国推动实现“双碳”目标、保障国家资源安全、适应全球绿色发展趋势和应对气候变化的必然选择。2020年欧盟通过了新版循环经济行动计划,进一步推动欧洲循环经济从局部示范转向规模化应用。我国在循环经济实践中虽然取得了一定的成果,但距全面推进循环经济转型仍有差距。欧盟新版循环经济行动计划对于我国“十四五”期间发展循环经济具有重要的启示作用。
期刊