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申请/专利权人：湖南大学

摘要：本申请涉及一种基于OPC_UA的数字孪生系统，该系统包括：设备实体端、OPC_UA服务器、数字孪生端；设备实体端包括设备实体、传送带；设备实体上配有开发板，传送带控制器通过串口与所述开发板连接，设备实体进行机器人软件框架开发；OPC_UA服务器分别与设备实体端、数字孪生端连接，用于实现设备实体端与数字孪生端之间的数据交互；数字孪生端包括Gazebo模型和OPC_UA客户端，Gazebo模型用于模拟机器人的运动、感知以及与环境的交互；OPC_UA客户端用于与OPC_UA服务器通信；在Gazebo模型与设备实体保持相同的位姿时通过路径插值优化方法降低Gazebo模型抖动现象。

主权项：1.一种基于OPC_UA的数字孪生系统，其特征在于，包括：设备实体端、OPC_UA服务器、数字孪生端；所述设备实体端包括设备实体、传送带；所述设备实体上配有开发板，传送带控制器通过串口与所述开发板连接，所述设备实体进行机器人软件框架开发；所述OPC_UA服务器分别与所述设备实体端、所述数字孪生端连接，用于实现所述设备实体端与所述数字孪生端之间的数据交互；所述数字孪生端包括Gazebo模型和OPC_UA客户端，所述Gazebo模型用于模拟机器人的运动、感知以及与环境的交互；所述OPC_UA客户端用于与所述OPC_UA服务器通信；在所述Gazebo模型与所述设备实体保持相同的位姿时通过路径插值优化方法降低Gazebo模型抖动现象；在所述OPC_UA客户端中设计有UI界面，所述UI界面包括状态显示模块和控制面板模块；在所述状态显示模块中，通过订阅变量的节点ID实现对变量的访问以及在所述UI界面中进行可视化，并对所述变量以0.05秒的间隔进行轮询；所述状态显示模块还用于将所述设备实体中末端执行器的位置信息、末端执行器的喷嘴状态传递至所述Gazebo模型，实现Gazebo模型与设备实体保持相同的位姿；所述控制面板模块包括x、y以及z轴的滑杆，喷嘴控制按钮，复位按钮；所述x、y以及z轴的滑杆用于输入坐标值；x、y以及z轴的滑杆范围分别为（-200~200）、（-250~-50）、（50~225）；以输入的坐标值作为输入参数通过call_method“2:SetPosition”,x,y,z函数调用set_position_method设备实体末端位置控制方法执行设备实体位置控制操作；所述喷嘴控制按钮包括Pickup按钮和Release按钮；当Pickup按钮被按下时，通过call_method“2:Nozzle_Pickup”喷嘴控制方法调用nozzle_pickup_method拾取方法执行拾取操作；当Release按钮被按下时，通过call_method“2:Nozzle_Release”喷嘴控制方法调用nozzle_release_method释放方法执行释放操作；所述复位按钮用于复位所述设备实体；所述路径插值优化方法包括：步骤1：计算所述Gazebo模型中设备实体的仿真模型的当前动作坐标与下一目标动作坐标之间的直线距离，计算公式为： ；其中，distance表示当前动作坐标与下一目标动作坐标之间的直线距离；（x1,y1,z1）表示当前动作坐标；（x2,y2,z2）表示下一目标动作坐标；步骤2：计算所述Gazebo模型中要生成的点的数量，计算公式为：num_points=intdistancestep_size；其中，num_points表示要生成的点的数量；step_size表示步长；步骤3：计算每一步在x、y、z方向上的增量，计算公式为：step_x=point2[0]-point1[0]distance*step_size；step_y=point2[1]-point1[1]distance*step_size；step_z=point2[2]-point1[2]distance*step_size；其中，step_x、step_y、step_z分别表示每一步在x、y、z方向上的增量；point2[0]表示下一目标动作的横坐标，point1[0]表示当前动作的横坐标，point2[1]表示下一目标动作的纵坐标，point1[1]表示当前动作的纵坐标，point2[2]表示下一目标动作的竖坐标，point1[2]表示当前动作的竖坐标；步骤4：当num_points=0时，则下一目标动作坐标更新为第一个目标动作坐标；否则，step自加1，并以每一步在x、y、z方向上的增量循环更新出每一步的动作坐标，直至所述Gazebo模型与所述设备实体位姿同步结束；计算公式为：x=point1[0]+step*step_x；y=point1[1]+step*step_y；z=point1[2]+step*step_z；其中，step表示动作坐标循环变量；步骤5：在步骤4中每一次循环均执行一次ikIKRequestx,y,z函数，获取当前循环时的动作坐标；基于当前循环时的动作坐标，并使用inverse_kinematics函数计算出设备实体的关节角度，所述Gazebo模型基于所述关节角度仿真出与设备实体相同的姿态。

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权利要求：

百度查询： 湖南大学 一种基于OPC_UA的数字孪生系统