(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 202210862364.5 (22)申请日 2022.07.22 (71)申请人 南京励业智能科技有限公司 地址 210000 江苏省南京市江宁区天元东 路391号江宁科技金融中心6楼608-2 室 (72)发明人 吴家乐　孙晓晴　肖运文　吴光明　 (74)专利代理 机构 南京明杰知识产权代理事务 所(普通合伙) 32464 专利代理师 胡晓燕 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 19/00(2006.01) G06F 17/10(2006.01) (54)发明名称 一种工业数字 孪生的仿真运维系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种工业数字孪生的仿真运 维系统及方法， 包括： 仿真运维控制模块、 工作数 据采集模块、 数据管理中心、 工作数据分析模块 和设备调试模块， 通过仿真运维控制模块对机械 手抓取物料的流程进行仿真运维控制， 通过工作 数据采集模块采集物料抓取工作数据， 通过数据 管理中心存储并管理采集到的全部数据， 通过工 作数据分析模块预测控制机械手开始转动的时 间， 并控制机械手转动， 通过设备调试模块在机 械手故障导致物料掉落时， 对与故障机械手相邻 的机械手进行调试， 并控制抓取掉落物料， 实现 了企业的智能化和数字化转型， 消除了仿真与实 际的差异， 减少了因物料掉落导致运输中断的现 象， 同时提高了掉 落物料的抓取效率。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 114918927 A 2022.08.19 CN 114918927 A 1.一种工业数字孪生的仿真运维系统， 其特征在于： 所述系统包括： 仿真运维控制模 块、 工作数据采集模块、 数据管理中心、 工作数据分析模块和设备调试模块； 通过所述仿真运维控制模块对机 械手抓取物料的流 程进行仿真运维控制； 通过所述工作数据采集模块采集物料抓取工作数据； 通过所述数据管理中心存 储并管理采集到的全部数据； 通过所述工作数据分析模块预测控制机 械手开始转动的时间， 并控制机 械手转动； 通过所述设备调试模块在机械手故障导致物料掉落 时， 对与故障机械手相邻的机械手 进行调试， 并控制抓取掉 落物料。 2.根据权利要求1所述的一种工业数字孪生的仿真运维系统， 其特征在于： 所述仿真运 维控制模块包括仿 真模型建立单元、 PLC实时通讯单元和设备控制单元， 所述仿 真模型建立 单元用于对机械手抓取物料过程进行仿真： 建立数字孪生模型， 模拟机械手抓取物料 的流 程； 所述PLC实时通讯单元用于通过PLC实时采集机械手参数， 并发送反馈信号至仿 真软件； 所述设备控制单元用于通过仿真软件采集PLC反馈信号， 控制虚拟机械手进行抓取物料操 作。 3.根据权利要求1所述的一种工业数字孪生的仿真运维系统， 其特征在于： 所述工作 数 据采集模块包括运输数据采集单元和运行数据采集单元， 所述运输数据采集单元用于采集 物料运输平台上 的物料输送数据； 所述运行数据采集单元用于在物料开始输送时， 采集机 械手的抓手与机械手旋转中心的相对位置数据， 将采集到的所有 数据传输到所述数据管理 中心中。 4.根据权利要求1所述的一种工业数字孪生的仿真运维系统， 其特征在于： 所述工作 数 据分析模块包括转动时间预测单元和转动参数调整单元， 所述转动时间预测单元用于 分析 物料运输到机械手抓取位置的时长、 以及机械手的抓手移动到抓取位置需要的时长， 预测 控制机械手开始转动的时间； 所述转动参数调整单元用于输入转动角度参数， 在预测的时 间控制机 械手转动。 5.根据权利要求1所述的一种工业数字孪生的仿真运维系统， 其特征在于： 所述设备调 试模块包括掉落轨迹分析单元、 降落位置预测单元和设备参数调整单元， 所述掉落轨迹分 析单元用于在机械手抓取到物料后， 出现物料掉落情况时， 发送警报信号， 并分析物料掉落 轨迹数据； 所述降落位置预测单元用于对物料脱落轨迹进行拟合， 并预测物料掉落在物料 运输平台上的位置到下一个机械手抓取位置的距离， 所述下一个机械手指的是在物料运输 方向与故障的机械手相邻的机械手； 所述设备参数调整单元用于根据预测的物料掉落距离 数据分析下一个机械手开始 转动的时间， 在分析出的时间控制下一个机械手开始转动并抓 取掉落物料。 6.一种工业数字 孪生的仿真运维方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： Z01： 对机 械手抓取物料的流 程进行仿真运维控制； Z02： 采集机 械手工作数据和物料输送数据； Z03： 预测控制机 械手开始水平转动的时间， 在预测的时间启动机 械手开始工作； Z04： 对机 械手工作过程进行实时监测， 在监测到抓取的物料掉 落时发送警报信号； Z05： 预测物料掉落时， 与故障机械手相邻的机械手的最佳启动时间， 对相邻的机械手 进行调试并控制抓取掉 落物料。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114918927 A 27.根据权利要求6所述的一种工业数字孪生的仿真运维方法， 其特征在于： 在步骤Z01 中： 通过数字孪生技术对机械手抓取物料流程建立仿 真模型， 通过PLC实时采集现实 中的机 械手参数， 并将采集到的机械手参数反馈到仿真软件中， 通过仿真软件接收PLC反馈的数 据， 根据反馈数据控制虚拟机 械手模拟抓取物料； 在步骤Z02中： 采集到物料运输平台上的物料输送速度为u， 当前物料到机械手抓取位 置的距离为d， 物料高度为H， 物料开始输送的时间为 ， 采集到当前机械手的抓手到物料运 输平台的垂直距离为h， 机械手水平转动角速度为 ， 抓手升降速度为V， 采集到抓手需要水 平转动 与机械手抓取位置垂直； 在步骤Z03中： 预测控制机械手开始水平转动的时间： 根据 下列公式预测控制机械手开 始水平转动的时间T： ； 在预测的控制机械手开始水平转动的时间T启动机械手开始工作： 控制机械手水平转 动后进行升降运动直至 到达物料抓取位置， 控制机 械手抓取物料。 8.根据权利要求6所述的一种工业数字孪生的仿真运维方法， 其特征在于： 在步骤Z04 中： 对机械手抓取物料的过程进 行实时监测， 若在机械手抓取到物料并转移物料过程中， 出 现物料掉 落情况， 发送警报信号； 在步骤Z05中： 若物料掉落时机械手的抓手在物料运输平台正上方， 预测物料会掉落到 物料运输平台上： 在预测物料会掉落到物料运输平台上 的情况下， 将物料掉落轨迹拟合为 抛物线： 获取到货物掉落时， 机械手抓手到物料运输平台的垂直距离为L， 机械手的水平转 动线速度为 ， 获取到相邻两个机械手抓取位置间的距离为B， 根据下列公式预测货物掉落 位置到与故障的机 械手相邻的机 械手抓取物料位置的距离A： ； 其中， g表示重量加速度， 所述与故障的机械手相邻的机械手指的是在物料运输方向上 与故障的机 械手相邻的机 械手。 9.根据权利要求8所述的一种工业数字孪生的仿真运维方法， 其特征在于： 采集到物料 掉落后物料运输平台上的物料输送速度为 ， 掉落物料高度为K， 物料掉落时间为t， 采集 到与故障的机械手相 邻的机械手的抓手到物料运输平台的垂 直距离为 ， 与故障机械手相 邻的机械手的水平 转动角速度为 ， 抓手升降速度为G， 采集到抓手需要 水平转动 与物料 抓取位置垂直， 根据下列公式预测物料掉落时， 与故障机械手相邻的机械手的最佳启动时 间 ：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114918927 A 3