(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210927756.5 (22)申请日 2022.08.03 (71)申请人 上海海事大学 地址 201306 上海市浦东 新区临港新城 海 港大道15 50号 申请人 上海三一重机股份有限公司 (72)发明人 张青雷　刘震　周莹　王清曌　 付齐　 (74)专利代理 机构 上海互顺专利代理事务所 (普通合伙) 31332 专利代理师 曹月明 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种面向焊接机器人工作站的数字孪生方 法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种面向焊接机器人工作站 的数字孪生方法， 包括： 通过三维建模软件及仿 真软件， 创建与现实物理空间中的物理实体相对 应的焊接机器人工作站的虚拟 孪生工作站； 将采 集到的焊接机器人工作站的历史运行数据进行 处理并保存到物联网平台； 通过所述虚拟孪生工 作站运行调整焊接机器人工作站孪生体与现实 工作站一致， 并在写入历史数据时， 通过改变焊 接机器人工作站相关参数进行仿真模拟， 并得到 验证后的虚拟孪生工作站模型； 获取所述物联网 平台实时采集的运行数据输入到所述验证后的 虚拟孪生工作站模型中， 以通过所述验证后的虚 拟孪生工作站模型进行实时监测所述焊接机器 人工作站。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115329559 A 2022.11.11 CN 115329559 A 1.一种面向焊接 机器人工作站的数字 孪生方法， 所述方法包括： S1， 通过三维建模软件及仿真软件， 创建与现实物理空间中的物理实体相对应的焊接 机器人工作站的虚拟孪生工作站； S2， 将采集到的焊接机器人工作站的运行数据 形成数据结构及数据类型统一的历史运 行数据保存到物联网平台； S3， 将历史运行数据写入所述虚拟孪生工作站， 以通过所述虚拟孪生工作站运行调整 焊接机器人工作站孪生体与现实工作站一致， 并在写入历史数据时， 通过改变焊接机器人 工作站相关参数进行仿 真模拟， 以验证改变焊接机器人工作站相关参数后的方案的合理性 及可行性， 并得到验证后的虚拟孪生工作站模型； S4， 获取所述物联网平台实时采集的运行数据输入到所述验证后的虚拟孪生工作站模 型中， 以通过 所述验证后的虚拟孪生工作站模型进行实时监测所述焊接 机器人工作站。 2.根据权利要求1所述的一种面向焊接机器人工作站的数字孪生方法， 其特征在于， 所 述将采集到的焊接 机器人工作站的历史运行 数据进行处 理的步骤， 包括： 通过边缘计算， 将采集到的焊接 机器人工作站的历史运行 数据进行处 理。 3.根据权利要求1所述的一种面向焊接机器人工作站的数字孪生方法， 其特征在于， 所 述将历史运行 数据写入所述虚拟孪生工作站的步骤， 包括： 从物联网平台获取运行 数据， 并通过脚本写入虚拟工作站孪生体中进行模拟仿真。 4.根据权利要求1 ‑4任一项所述的一种面向焊接机器人工作站 的数字孪生方法， 其特 征在于， 所述 步骤S3包括： 调整工作站姿态包括不 限于变位机的初始位置、 焊接机器人和待焊件的初始位置、 桁 架位置变化、 机器人寻位速度、 焊接时各关节角度、 电压、 电流、 环 境温度、 送丝速度、 变位机 旋转角度的参数进行生产仿 真模拟， 以根据模拟结果记录焊接机器人断丝次数相对较少的 设备参数， 并利用拆装工艺仿 真、 控制算法及人机工效等＝手段， 验证方案的合理性及可行 性。 5.根据权利要求4所述的一种面向焊接机器人工作站的数字孪生方法， 其特征在于， 所 述步骤S4包括： 获取所述物联网平台实时采集的运行数据， 并通过脚本写入到所述验证后的虚拟孪生 工作站模型中， 其中， 所述运行的数据包括不限于： 工作 站运行状态、 变位机的位置信息， 待 焊件的位置信息、 焊枪的位置信息、 焊接 机器人电压、 电流、 各个关节角度、 出丝 速度。 6.根据权利要求1所述的一种面向焊接机器人工作站的数字孪生方法， 其特征在于， 所 述方法还 包括： S5， 数据可视化采用图形图表的方式来展现实时运行 数据， 判断是否运行正常。 7.一种面向焊接 机器人工作站的数字 孪生系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 物理实体模块， 包括： 设备环境模块、 静态数据模块和动态数据模块； 所述设备环境模 块是焊接机器人工作服环境所对应的参数站包含的数控设备、 传感器、 以及工作站环境组 成的集合； 静态数据模块主要包括工作 站环境参数、 ， 设备自身参数， 网络状态 参数， 动态数 据模块包括焊接机器人各个关节角度、 桁架位置变化、 变位机变位角度、 机器人焊枪参数、 机器人寻位速度、 机器人焊接速度、 电机信号及工作 站周围环境中温度、 湿度等多源异构数 据权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115329559 A 2孪生空间模块， 包括虚拟场景模块， 孪生数据模块和仿真测试模块； 所述虚拟场景模块 由3D建模软件如SolidWords、 3DsMax、 Unity3D实现， 对工作站各种设备实体以及环境进行 仿真建模、 并实现各设备各关节的正确 约束关系， 以及 对内存较大的模型进行优化处理， 创 建与现实工作 站具有一致性的虚拟三 维场景； 所述孪生数据模块是由虚拟模型的参数以及 运行数据组成； 所述仿真测试模块是通过在虚拟场景中通过改变不同的约束条件； 数据传输模块， 包括： 信息采集模块、 边缘计算网关模块和数据存储模块； 所述信息采 集模块主要用于接收在物理实体设备生产过程中运行的实时数据， 以及在孪生空间构建的 数学模型； 所述边缘计算网关模块主要用于对运行数据的优化及预处理； 所述数据存储模 块主要将边缘计算网关 分析优化后的重要数据上传至物联网平台存 储； 方法服务模块， 包括焊接机器人工作站场景展示模块、 实时监测模块以及故障报告模 块； 所述场景展示模块包括静态工作站模型多角度多视角展示， 焊接机器人工作站生产动 画展示； 所述实时监测模块将数据以二维或者三维的形式所展现出来， 实现对工作站运行 过程中机器人关节角度位姿、 变位机位姿、 焊枪电压、 焊枪电流等重要数据的实时监测； 所 述故障报告模块将焊接机器人工作站运行过程中的异常数据分析处理后向外界传达故障 信息。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115329559 A 3