申请/专利权人：燕山大学;秦皇岛燕大滨沅科技发展有限公司

申请日：2022-02-08

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN114545877B

主分类号：G05B19/418

分类号：G05B19/418

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2022.06.14#实质审查的生效;2022.05.27#公开

摘要：本发明公开了一种面向散货的多工程机械数字孪生在线监控系统及方法，属于人工智能技术领域，所述系统包括多工程机械及作业场景物理实体、边缘处理服务器、数据处理服务器和相应的数字孪生体；所述方法包括面向散货的多工程机械数字孪生在线监控系统的监控方法、位置映射方法和工程机械实体碰撞检测及智能预测方法；所述监控方法中多工程机械及作业场景物理实体和数字孪生体通过位置映射方法实现离线的虚实场景标定。本发明通过虚实空间对齐、基于海量激光点云数据动态可视化技术和智能碰撞预警与智能预测实现了多工程机械物理实体和数字实体之间的实时数据映射和运动交互。

主权项：1.一种工程机械实体碰撞检测及智能预测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，构建工程机械实体的D-H模型；1.1，确定Zi轴，各机构绕此轴转动；1.2，确定每个坐标系的原点Oi，原点Oi位于Zi--1和Zi的共法线上；1.3，确定Xi轴，Xi方向为由Zi-1指向Zi的公法线方向；1.4，确定Yi轴，Yi轴右手定则确定；1.5，Zi-1到Zi的距离为ki，沿Xi轴正方向为正；1.6，Zi-1到Zi的转角为αi，沿Xi轴正向转动为正，沿Xi轴负向转动为负；1.7，Xi-1到Xi的距离为di，沿Zi-1轴指向为正；1.8，沿Zi的转角为θi，绕Zi轴正向转动为正；步骤2，工程机械实体的运动学正解分析；2.1，求出走行平面坐标系在回转平面坐标系的旋转矩阵与平移矩阵；其表达式如下： 2.2，求出回转平面坐标系在俯仰坐标系的旋转矩阵与平移矩阵；其表达式如下； 2.3，求出俯仰坐标系在悬臂端坐标系的旋转矩阵与平移矩阵；其表达式如下； 2.4，求出工程机械实体悬臂端坐标系原点在工程机械实体走行平面坐标系中的旋转矩阵； 2.5，求出工程机械实体坐标系原点在其走行平面坐标系中的位置矢量； 步骤3，工程机械实体的运动学逆解分析；3.1，利用走行平面坐标系中的位置矢量求解行走角度；θ1＝03.2，利用走行平面坐标系中的位置矢量求解回转角度； 3.3，利用走行平面坐标中系的位置矢量求解俯仰角度； 步骤4，工程机械实体添加碰撞盒，即在机械实体中为机械实体添加碰撞盒；步骤5，利用射线及进行碰撞检测，即在虚拟场景中利用虚拟仿真软件的射线来进行碰撞检测，包括以下步骤：5.1，利用射线检测两工程机械实体间的距离，设工程机械实体1坐标为x1,y1,z1，工程机械实体2坐标为x2,y2,z2，其距离表达公式为： 5.2，当工程机械实体间距离小于一定距离时，进行预警体示； 步骤6，工程机械实体的智能预测；6.1，获取t1时刻的工程机械实体的位置p1、当前工程机械实体的运动速度v、加速度为a行走角度θ1、回转角度θ2和俯仰角度θ3；6.2，求出t1+Δt时刻的工程机械实体的位置p2，其公式为； 6.3，在p2处利用运动学正解分析求出t1+Δt行走角度θ1、旋转角度θ2和俯仰角度θ3；6.4，利用虚拟引擎软件显示t1+Δt时刻的工程机械实体的真实位置p21、当前工程机械实体的运动速度v1、行走角度θ11、旋转角度θ21和俯仰角度θ31；6.5，将步骤3预测的结果与步骤4中的真实位置进行对比，求出预测结果。

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