本發(fā)明屬于控制方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種面向智能制造的實時三維可視化虛擬監(jiān)控的匹配方法。

背景技術(shù)：

可視化作為智能制造中的一個重要技術(shù)，近年來越來越受到人們的關(guān)注及重視。實時三維可視化虛擬監(jiān)控與視頻監(jiān)控的本質(zhì)區(qū)別在于兩點：區(qū)別一，實時三維可視化虛擬監(jiān)控在電腦里所表現(xiàn)的物理場景是通過三維建模技術(shù)實現(xiàn)的，因此稱為“虛擬監(jiān)控”。中國發(fā)明專利“面向?qū)崟r虛擬監(jiān)控的數(shù)字化車間三維建模方法”（專利申請?zhí)枺?01510684216.9）詳細(xì)說明了如何進行面向?qū)崟r虛擬監(jiān)控的三維建模技術(shù)；區(qū)別二，實時三維可視化虛擬監(jiān)控是由實時數(shù)據(jù)驅(qū)動反應(yīng)各個設(shè)備的物理狀態(tài)和性能，而視頻監(jiān)控只能表現(xiàn)各個設(shè)備的外觀外貌。

但目前的可視化多集中在二維的圖表展示，對于三維可視化虛擬監(jiān)控的方法和策略也有相關(guān)的報道。例如中國發(fā)明專利“面向?qū)崟r虛擬監(jiān)控的數(shù)字化車間三維建模方法”（專利申請?zhí)枺?01510684216.9）專注于可視化監(jiān)控中物理空間到虛擬空間的3D映射建模方法；中國發(fā)明專利“超大規(guī)模智能電能表自動化檢測仿真模擬系統(tǒng)”（專利申請?zhí)枺?01210442989.2）專注于整個模擬系統(tǒng)的搭建和unity3D的特點優(yōu)勢；中國發(fā)明專利“基于Unity3D的電能表自動檢定調(diào)度策略測試方法”（專利申請?zhí)枺?01310178410.0）專注于車間中各個物流設(shè)備調(diào)度策略的仿真實現(xiàn)；中國發(fā)明專利“一種3D產(chǎn)品在線體驗系統(tǒng)”（專利申請?zhí)枺?01210417098.1）專注于產(chǎn)品3D展示，然而三維的可視化主要用于離線仿真，沒有實時狀態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動，缺少實時性；以上的報道也均不涉及如何通過實時狀態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動提供三維虛擬模型動作的實時性。但是目前的智能制造中數(shù)字化車間缺乏實時透明化的管控，迫切需要建設(shè)一套面向數(shù)字化車間的可視化三維虛擬監(jiān)控系統(tǒng)。與此同時，三維虛擬可視化監(jiān)控中的三維模型要求實時數(shù)據(jù)驅(qū)動，然而由于數(shù)據(jù)采集、傳輸以及處理都需要消耗一定的時間，更重要的是，通過傳感器傳遞上來的數(shù)據(jù)是反映當(dāng)前智能設(shè)備的動作特征，所以受到數(shù)據(jù)驅(qū)動的虛擬模型動作必然具有較大的延時，因此有必要提出一種新的行為狀態(tài)匹配方法來滿足實時性要求；解決三維可視化虛擬監(jiān)控中受到數(shù)據(jù)驅(qū)動的虛擬模型動作具有較大延時的問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員厄待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種面向智能制造的實時三維可視化虛擬監(jiān)控的匹配方法，能夠解決三維可視化虛擬監(jiān)控中受到數(shù)據(jù)驅(qū)動的虛擬模型動作具有較大延時的問題，提高了虛擬場景和實際場景的同步性，從而實現(xiàn)場景優(yōu)化。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：一種面向智能制造的實時三維可視化虛擬監(jiān)控的匹配方法，包括以下步驟：

1）前饋控制部分：對實際場景中的設(shè)備動作進行預(yù)測，將預(yù)測動作作為前饋輸出給虛擬場景中的設(shè)備模型，將虛擬場景與實際物理場景相匹配，使得虛擬場景內(nèi)設(shè)備動作與實際設(shè)備動作保持一致，通過前饋控制方法對模型動作進行預(yù)測，使得虛擬場景與實際物理場景的數(shù)據(jù)相匹配，有效地提高了動作實時性；

2）反饋控制部分：通過實際場景中設(shè)備實時的數(shù)據(jù)狀態(tài)對虛擬場景中的設(shè)備模型的動作進行修正，修正內(nèi)容由下面步驟3）實現(xiàn)，將狀態(tài)偏差作為反饋輸出；

3）結(jié)合前饋控制和反饋控制，得到輸入模型的動作指令，從而驅(qū)動虛擬場景的設(shè)備模型運動，根據(jù)反饋結(jié)果，如果虛擬設(shè)備模型動作延遲或者超前于實際設(shè)備動作，則相應(yīng)提高或降低虛擬場景中設(shè)備模型的動作速率，使虛擬場景與物理場景的同步；通過前饋反饋復(fù)合的方式來得到輸入的動作指令，從而優(yōu)化整個虛擬場景。

進一步，所述的步驟1）的具體步驟為：

（1.1）將物理空間中制造車間設(shè)備的動作序列分解，按照工藝要求和作業(yè)行為規(guī)則排序為1，2，3……n，其中n為最后一步動作；

（1.2）在t₀時刻，讀取外部傳感器數(shù)據(jù)，得到當(dāng)前外部動作輸入；

（1.3）將當(dāng)前外部動作輸入與分解的動作序列進行比較，找到動作序列中與外部動作輸入一致的動作，記為s，把序列中下一個動作s+1作為預(yù)測t₁時刻的下一步動作，將預(yù)測動作作為前饋輸出。

進一步，所述的步驟2）的具體步驟為：得到實際場景中t₀時刻的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，并從虛擬場景中讀取當(dāng)前虛擬模型狀態(tài)信息，該狀態(tài)信息為上一次循環(huán)最后t_-1時刻步驟3）輸入后所得，將虛擬模型狀態(tài)信息與實際場景中設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)進行比較，根據(jù)坐標(biāo)位置判斷虛擬模型動作是否延遲或者超前，得到當(dāng)前場景狀態(tài)偏差e，將偏差作為反饋輸出。

進一步，步驟3）結(jié)合前饋和反饋輸出，得到虛擬場景中接下來的運行指令，當(dāng)偏差為0時，直接將步驟1）得到的前饋輸出作為運行指令；當(dāng)偏差不為0時，虛擬設(shè)備模型動作延遲或者超前于實際設(shè)備動作，則相應(yīng)提高或降低虛擬場景中設(shè)備模型的動作速率。

進一步，上述得到的運行指令主要為前饋輸出的預(yù)測動作，同時帶有對模型動作速率的調(diào)整指令。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種面向智能制造的實時三維可視化虛擬監(jiān)控的匹配方法的方法示意圖；

圖2是本發(fā)明一種面向智能制造的實時三維可視化虛擬監(jiān)控的匹配方法的虛擬監(jiān)控的步驟流程圖。

具體實施方法

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，實施方式提及的內(nèi)容并非對本發(fā)明的限定。

本發(fā)明的一種面向智能制造的實時三維可視化虛擬監(jiān)控的匹配方法，應(yīng)用于3D可視化的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)，是一種將前饋和反饋相結(jié)合的方式，通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集的數(shù)據(jù)來驅(qū)動虛擬場景中智能設(shè)備的模型運動，具體步驟如下：

1）前饋控制部分，主要用于對實際場景中設(shè)備動作進行預(yù)測，將預(yù)測動作作為前饋輸出給虛擬場景中的設(shè)備模型，使得虛擬場景與實際物理場景相匹配；

2）反饋控制部分，主要通過實際場景中設(shè)備實時的狀態(tài)數(shù)據(jù)對虛擬場景中的設(shè)備模型動作進行修正，將狀態(tài)偏差作為反饋輸出，對虛擬模型行為修正，實現(xiàn)了實際場景與三維虛擬場景的優(yōu)化匹配；

3）結(jié)合前饋輸出和反饋輸出，得到輸入模型的動作指令，從而驅(qū)動虛擬場景的設(shè)備模型運動。

實施例1

如圖1以及圖2所示，以車間中AGV運輸任務(wù)為例，具體步驟如下：

1）AGV的位置信息通過RFID技術(shù)讀取，首先將AGV運輸路徑分成多個小段，每一個小段以RFID射頻卡為基準(zhǔn)，確保每一段上都有射頻卡；通過上位機服務(wù)器得到當(dāng)前AGV運輸任務(wù)的具體行走路線，從而將分解的小路徑段按照任務(wù)運行要求排序；當(dāng)AGV運行過程中讀到射頻卡時，根據(jù)當(dāng)前位置信息預(yù)測AGV要走的下一條路徑，將下一條路徑的射頻卡號作為前饋輸出；

2）當(dāng)AGV運行過程中讀到射頻卡時，此時虛擬場景中AGV模型剛好走到該位置或者略有偏差，如果剛好走到該位置則偏差為0，將此時虛擬場景中的AGV位置信息作為反饋輸入和實際讀到的射頻卡位置相比較，得出位置偏差并作為反饋輸出；

3）結(jié)合前饋和反饋的輸出，得到虛擬場景中AGV模型接下來的運行指令，偏差為0，則直接由前饋輸出得到運行指令；如果偏差不為0，編寫程序指令對虛擬場景中AGV速度進行暫時調(diào)整，當(dāng)有延遲時，根據(jù)偏差量的大小相應(yīng)提高速度，當(dāng)超前時，相應(yīng)減小速度，從而消除偏差，使得虛擬場景與實際場景匹配。

實施例2

以車間中機械手工作任務(wù)為例，具體步驟如下：

1）機械手上裝有角度傳感器和位置傳感器，可以對當(dāng)前機械手位置和角度進行精確感知。首先按照工藝要求建立機械手的動作序列。在機械手運行過程中，當(dāng)上一個工序動作即將結(jié)束時，對照動作序列預(yù)測下一步動作，并將其作為前饋輸出；

2）在上一個工序動作即將結(jié)束時，根據(jù)實時的位置傳感器和角度傳感器的信息以及虛擬場景中機械手現(xiàn)在的坐標(biāo)位置得出當(dāng)前位置偏差，將偏差作為反饋輸出；

3）結(jié)合前饋和反饋的輸出，得到虛擬場景中機械手模型接下來的動作指令，偏差為0，則直接由前饋輸出得到動作指令；如果偏差不為0，編寫程序指令對虛擬場景中機械手動作速率進行暫時調(diào)整，當(dāng)有延遲時，根據(jù)偏差量的大小相應(yīng)提高速率，當(dāng)超前時，相應(yīng)減小速率，從而消除偏差，使得虛擬場景與實際場景匹配。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所述方法，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。