焊接场景的数字孪生场景的构建和自动生成焊接轨迹方法、装置与流程

1.本发明涉及智能制造技术，尤其涉及一种焊接场景的数字孪生场景的构建和自动生成焊接轨迹方法、装置。


背景技术：

2.在焊接自动化场景下，通常需使用基座，机械臂，焊枪，工作台，工件等实现焊接。其中，可以通过对机械臂的运动控制来对工件进行焊接。
3.在焊接时，可以通过人工示教的方式指示机械臂焊接时的运动轨迹，该过程中，需人工介入，费时费力，切缺乏通用性，为了解决费时费力，缺乏通用性的问题，可以通过构建数字孪生场景的方式，借助数字孪生场景中的轨迹规划，从而避免人工示教。
4.现有技术中，通常是针对不同用户场景，进行私人订制模型，缺乏通用性。另外已经订制好的模型，无法根据用户现场各种实物的微小变化进行微调，进而，所构建的场景和现实差别较大的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种焊接场景的数字孪生场景的构建和自动生成焊接轨迹方法、装置，以解决缺乏通用性、所构建的场景与现实差别较大的问题。
6.根据本发明的第一方面，提供了一种焊接场景的数字孪生场景的构建方法，包括：
7.在已构建的图元模型中，选取和当前焊接场景适配的多个指定图元模型；所述图元模型为焊接场景中实体设备的模型；
8.获取所述当前焊接场景中部分或全部实体设备的真实参数；
9.基于所述真实参数，整合所述多个指定图元模型，生成所述当前焊接场景的数字孪生场景。
10.可选的，所述图元模型包括多个图元单元，所述图元单元为所述实体设备中实体部件的模型；
11.所述真实参数包括：
12.设备位置信息，表征了部分指定图元模型所对应的实体设备的位置；
13.单元运动限制信息，表征了部分指定图元模型中图元单元所对应的实体部件的运动所受到的限制；
14.基于所述真实参数，整合所述多个指定图元模型，生成所述当前焊接场景的数字孪生场景，包括：
15.基于所述设备位置信息，以及预设的图元模型之间的装配关系，在虚拟空间中定位并组合所述多个指定图元模型，并基于所述单元运动限制信息，以及预设的运动配置信息，定义所述数字孪生场景中对应图元单元的运动方式及运动范围，以形成所述数字孪生场景；所述运动配置信息表征了图元单元的运动方式。
16.可选的，所述真实参数还包括：
17.尺寸信息，表征了部分指定图元模型所对应的实体设备和/或其中实体部件的尺寸；
18.基于所述真实参数，整合所述多个指定图元模型，生成所述当前焊接场景的数字孪生场景，还包括：
19.将对应实体设备的指定图元模型确定为与所述尺寸信息相适配。
20.可选的，在已构建的图元模型中，选取和当前焊接场景适配的多个指定图元模型之前，还包括：
21.构建多个原始图元模型；
22.轻量化所述原始图元模型的数据量，得到所述图元模型，所述轻量化包括删除对应原始图元模型内部的线条和/或面。
23.可选的，轻量化所述原始图元模型的数据量，得到所述图元模型之后，还包括：
24.将非目标格式的图元模型转换为所述目标格式。
25.可选的，所述当前焊接场景中的实体设备包括：焊接基座、焊接机械臂组件、焊接工具以及焊接工作台；
26.所述多个指定图元模型包括：所述焊接基座的图元模型，所述焊接机械臂的图元模型，所述焊接工具的图元模型以及所述焊接工作台的图元模型。
27.根据本发明的第二方面，提供了一种自动生成焊接轨迹方法，包括：
28.利用以上所述的焊接场景的数字孪生场景的构建方法构建所述数字孪生场景；
29.在所述数字孪生场景中，规划焊接目标工件时的焊接轨迹。
30.根据本发明的第三方面，提供了一种焊接场景的数字孪生场景的构建装置，包括：
31.选取模块，用于在已构建的图元模型中，选取和当前焊接场景适配的多个指定图元模型；所述图元模型为焊接场景中实体设备的模型，所述指定图元模型为所述当前焊接场景中实体设备的模型；
32.获取模块，用于获取所述当前焊接场景中部分或全部实体设备的真实参数；
33.生成模块，用于基于所述真实参数，整合所述多个指定图元模型，生成所述当前焊接场景的数字孪生场景。
34.根据本发明的第四方面，提供了一种自动生成焊接轨迹装置，其特征在于，包括：
35.场景生成模块，用于利用第一方面及其可选方案涉及的焊接场景的数字孪生场景的构建方法构建所述数字孪生场景；
36.轨迹生成模块，用于在所述数字孪生场景中，规划焊接目标工件时的焊接轨迹。
37.根据本发明的第五方面，提供了一种电子设备，其特征在于，包括存储器与处理器，
38.所述存储器，用于存储代码；
39.所述处理器，用于执行所述存储器中的代码用以实现以上所述的方法。
40.根据本发明的第六方面，提供了一种存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现以上所述的方法。
41.本发明提供的焊接场景的数字孪生场景的构建和自动生成焊接轨迹方法、装置中，使用了预先构建的多种图元模型，进而在数字孪生场景中可从中选择和当前焊接场景
适配的多个指定图元模型，可见，该过程中，所选择的指定图元模型是与真实的当前焊接场景相适配的，有助于保障所构建的数字孪生场景可在一定程度上准确体现真实的当前焊接场景，降低所构建的场景与现实的差别，同时，本发明基于对所述多个指定图元模型的选取与整合，可实现自由组合需要的虚拟场景，该构建方法具有较佳的通用性；在此基础上，本发明中在构建场景时还可以真实数据为依据，进一步提高了数字孪生场景对真实的当前焊接场景的还原度，进一步降低了所构建的场景与现实的差别。
42.此外，利用所述数字孪生场景，可自动生成无碰撞的焊接轨迹，可实现自动生成机械臂运动轨迹，避免了人工示教的费时费力。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1是本发明一实施例中焊接场景的数字孪生场景的构建方法流程示意图一；
45.图2是本发明一实施例中焊接场景的数字孪生场景的构建方法流程示意图二；
46.图3是本发明一实施例中焊接场景的数字孪生场景的构建方法流程示意图三；
47.图4是本发明一实施例中自动生成焊接轨迹方法流程示意图一；
48.图5是本发明一实施例中焊接场景的数字孪生场景的构建装置的结构示意图；
49.图6是本发明一实施例中自动生成焊接轨迹装置的结构示意图；
50.图7是本发明一实施例中电子设备构造示意图。
具体实施方式
51.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
52.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
53.下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
54.请参考图1，本发明提供了一种焊接场景的数字孪生场景的构建方法，包括，
55.s11：在已构建的图元模型中，选取和当前焊接场景适配的多个指定图元模型；
56.s12：获取所述当前焊接场景中部分或全部实体设备的真实参数；
57.s13：基于所述真实参数，整合所述多个指定图元模型，生成所述当前焊接场景的数字孪生场景；
58.所述图元模型为焊接场景中实体设备的模型；
59.所述指定图元模型，可表征为所述当前焊接场景中实体设备的模型；
60.所述实体设备，可表征为焊接过程中所涉及的焊接设备；
61.具体的，所述数字孪生场景中的实体设备可以包括：焊接基座、焊接机械臂组件、焊接工具以及焊接工作台，其中各实体设备的关系可参照本领域任意的焊接场景理解；
62.对应的，所述多个指定图元模型可以包括：所述焊接基座的图元模型，所述焊接机械臂的图元模型，所述焊接工具的图元模型以及所述焊接工作台的图元模型。
63.进一步的，图元模型中可包括多个图元单元，所述图元单元为所述实体设备中实体部件的模型。
64.一种举例中，焊接基座可以包括固定基座，焊接龙门、焊接地轨等；焊接机械臂组件包括六轴机械臂，以及连接于机械臂之间的转轴部等；焊接工具包括焊接枪、切割头等；焊接工作台包括固定工作台、变位机等；对应的，固定基座，焊接龙门、焊接地轨、机械臂、转轴部、焊接强、切割头、固定工作台、变位机等分别可形成对应的图元单元。
65.所述真实参数可理解为对实体设备进行描述的任意参数；
66.具体的，所述真实参数包括：
67.设备位置信息，表征了部分指定图元模型所对应的实体设备的位置；
68.单元运动限制信息，表征了部分指定图元模型中图元单元所对应的实体部件的运动所受到的限制；
69.一种举例中，焊接机械臂组件的不同部分的机械臂通过转轴部组合后，部分机械臂可绕着对应的轴心转动，焊接龙门可以沿着某一轴平移；对机械臂这样的图元单元来说，所述单元运动限制信息包括机械臂环绕对应轴心的旋转范围；也可包括机械臂组件中每个轴心的平移范围；对焊接龙门来说，所述单元运动限制信息可以包括焊接龙门沿着某一轴平移的运动范围。
70.进一步举例中，所述真实参数还包括：尺寸信息，表征了部分指定图元模型所对应的实体设备和/或其中实体部件的尺寸，例如，焊接基座的高度、焊接机械臂的关节臂长参数以及焊接工作台的长度、宽度以及高度等；
71.具体的实施例中，所述图元模型可通过cad软件绘制cad模型，绘制的模型的尺寸、设计要与实体设备保持一致，一种举例中，选取和当前焊接场景适配的多个指定图元模型，可以根据实体设备的实物型号、品牌等信息选择，例如，焊接场景中由图灵tkb1210型号机器人、麦格米特型号焊枪以及p型500kg变位机组成，那么便选取对应的图元模型生成虚拟场景；
72.其他的实施例中，由于焊接场景的焊枪的枪管和图元模型中的枪管差别比较大，图元模型中，可以不绘制焊枪的枪管部分，只给出枪管的装配点，然后根据真是参数在数字孪生场景中自动生成。
73.其中一种实施方式中，请参考图2，步骤s13可以包括：
74.s131：基于所述设备位置信息，以及预设的图元模型之间的装配关系，在虚拟空间中定位并组合所述多个指定图元模型，并基于所述单元运动限制信息，以及预设的运动配
置信息，定义所述数字孪生场景中对应图元单元的运动方式及运动范围，以形成所述数字孪生场景；
75.所述设备位置信息表征了在焊接场景中实体设备的位置信息，例如可以为实体设备中一个或多个指定部位、一个或多个位置点在焊接场景的空间坐标系下的坐标信息；
76.所述装配关系表征了图元模型之间的装配关系，例如装配点和装配面，例如具体可记载：一个图元模型中的一个装配点需与另一个图元模型的一个装配点相装配，一个图元模型的一个装配面需与另一个图元模型的另一个装配面相装配。
77.此外，一种举例中，各指定图元模型之间可经一次装配而组合完成，另一举例中，各指定图元模型之间也可经多次装配而组合完成，每次装配均可配置有对应的装配关系，例如，指定图元模型基于第一装配关系进行装配，得到多个指定图元模型的组合；然后，可针对各种组合，基于第二装配关系再进行装配，得到所述当前焊接场景的数字孪生场景需要的图元模型装配结果；
78.一种举例中，所述装配点和/或装配面可以是在构建原始模型时标定好的，也可以是在需要将图元组合模型装配成场景图元模型时获取的；
79.具体举例中，可以通过焊接械臂底部的图元模型的装配面和龙门的图元模型的装配面的匹配装配，将焊接机械臂的图元模型装在龙门的图元模型上；也可通过机械臂组件的图元模型的装配点与焊接工具的图元模型的装配点的匹配装配，将焊接工具的图元模型装配于机械臂组件的图元模型。
80.不论如何配置装配面与装配点，均不脱离本发明实施例的范围。
81.所述运动配置信息表征了图元单元的运动方式，具体指图元单元在虚拟空间中所能实现的运动，例如；在构建图元模型时，可将需要运动的各个零件的图元单元和对应的运动学进行绑定，从而定义出该运动配置信息，例如机械臂是绕哪个轴、哪些轴旋转的，龙门是沿哪个轴进行平移的等等。
82.请参考图2，步骤s13还可以包括：
83.s132：将对应实体设备的指定图元模型确定为与所述尺寸信息相适配。
84.一种实施例中，当选取的指定图元模型的型号和当前实体设备的型号一致，但尺寸不一致时，可手动输入所述当前实体设备的尺寸，以调整对应的所述指定图元模型的尺寸；另一种实施例中，所述指定图元模型会根据所述当前实体设备的尺寸自动调节。
85.请参考图3，在步骤s1之前，可以包括：
86.s111：构建多个原始图元模型；
87.s112：轻量化所述原始图元模型的数据量，得到所述图元模型；
88.所述轻量化包括删除对应原始图元模型内部的线条和/或面。
89.所述原始图元模型可理解为未经过轻量化的图元模型；
90.一种实施例中，构建一个模型数据库，存储多个原始图元模型，所述模型数据库可以实体设备的型号为索引，当需要构建数字孪生场景时，通过输入所需实体设备的型号，选取和当前焊接场景适配的多个指定图元模型；
91.一种举例中，轻量化的过程主要是删除原始图元模型内部曲线和面，不会影响原始图元模型的外观和尺寸；
92.步骤s112之后包括：
93.s1121：将非目标格式的图元模型转换为所述目标格式。
94.具体的实施例中，轻量化所述原始图元模型后，还包括将非目标格式的图元模型转换为所述目标格式，所述目标格式，可理解为全部格式中的任一种格式；一种举例中，若用cad软件来绘制所述图元模型，由于cad软件的格式较多，例如，step，stl，ifc，brep在轻量化过程后对模型格式进行统一，例如统一转换为brep格式(即目标格式可以为brep格式)。
95.请参考图4，本发明提供了一种自动生成焊接轨迹方法，包括：
96.s21：利用以上所述的焊接场景的数字孪生场景的构建方法构建所述数字孪生场景；
97.s22：在所述数字孪生场景中，规划焊接目标工件时的焊接轨迹；
98.一种实施例中，在构建好的数字孪生场景中，模拟所述焊接机械臂的运动，确定所述焊接机械臂的焊接轨迹，并进行碰撞检测，获取无碰撞的焊接轨迹，根据数字孪生场景中的无碰撞的焊接轨迹，控制焊接场景中的机械臂进行焊接。
99.综上所述，在本发明的具体方案中，可具备以下积极效果：
100.本发明提供的焊接场景的数字孪生场景的构建和自动生成焊接轨迹方法、装置中，使用了预先构建的多种图元模型，进而在数字孪生场景中可从中选择和当前焊接场景适配的多个指定图元模型，并能根据实体设备的尺寸的变化，及时进行调整，可见，该过程中，所选择的指定图元模型是与真实的当前焊接场景相适配的，有助于保障所构建的数字孪生场景可在一定程度上准确体现真实的当前焊接场景，降低所构建的场景与现实的差别，同时，本发明基于对所述多个指定图元模型的选取与整合，可实现自由组合需要的虚拟场景，该构建方法具有较佳的通用性；在此基础上，本发明中在构建场景时还可以真实数据为依据，进一步提高了数字孪生场景对真实的当前焊接场景的还原度，进一步降低了所构建的场景与现实的差别。
101.此外，利用所述数字孪生场景，可自动生成无碰撞的焊接轨迹，可实现自动生成机械臂运动轨迹，避免了人工示教的费时费力。
102.请参考图5，本发明提供了一种焊接场景的数字孪生场景的构建装置3，包括：
103.选取模块31，用于在已构建的图元模型中，选取和当前焊接场景适配的多个指定图元模型；所述图元模型为焊接场景中实体设备的模型，所述指定图元模型为所述当前焊接场景中实体设备的模型；
104.可选的，在已构建的图元模型中，选取和当前焊接场景适配的多个指定图元模型之前，还包括：
105.构建多个原始图元模型；
106.轻量化所述原始图元模型的数据量，得到所述图元模型，所述轻量化包括删除对应原始图元模型内部的线条和/或面。
107.可选的，轻量化所述原始图元模型的数据量，得到所述图元模型之后，还包括：
108.将非目标格式的图元模型转换为所述目标格式。
109.可选的，所述当前焊接场景中的实体设备包括：焊接基座、焊接机械臂组件、焊接工具以及焊接工作台；
110.所述多个指定图元模型包括：所述焊接基座的图元模型，所述焊接机械臂的图元
模型，所述焊接工具的图元模型以及所述焊接工作台的图元模型。
111.获取模块32，用于获取所述当前焊接场景中部分或全部实体设备的真实参数；
112.生成模块33，用于基于所述真实参数，整合所述多个指定图元模型，生成所述当前焊接场景的数字孪生场景。
113.可选的，所述图元模型包括多个图元单元，所述图元单元为所述实体设备中实体部件的模型；
114.所述真实参数包括：
115.设备位置信息，表征了部分指定图元模型所对应的实体设备的位置；
116.单元运动限制信息，表征了部分指定图元模型中图元单元所对应的实体部件的运动所受到的限制；
117.基于所述真实参数，整合所述多个指定图元模型，生成所述当前焊接场景的数字孪生场景，包括：
118.基于所述设备位置信息，以及预设的图元模型之间的装配关系，在虚拟空间中定位并组合所述多个指定图元模型，并基于所述单元运动限制信息，以及预设的运动配置信息，定义所述数字孪生场景中对应图元单元的运动方式及运动范围，以形成所述数字孪生场景；所述运动配置信息表征了图元单元的运动方式。
119.可选的，所述真实参数还包括：
120.尺寸信息，表征了部分指定图元模型所对应的实体设备和/或其中实体部件的尺寸；
121.基于所述真实参数，整合所述多个指定图元模型，生成所述当前焊接场景的数字孪生场景，还包括：
122.将对应实体设备的指定图元模型确定为与所述尺寸信息相适配。
123.请参考图6，本发明提供了自动生成焊接轨迹装置4，包括：
124.场景生成模块41，用于利用以上所述的焊接场景的数字孪生场景的构建方法构建所述数字孪生场景；
125.轨迹生成模块42，用于在所述数字孪生场景中，规划焊接目标工件时的焊接轨迹。
126.请参考图7，提供了一种电子设备5，包括：
127.处理器51；以及，
128.存储器52，用于存储所述处理器的可执行指令；
129.其中，所述处理器51配置为经由执行所述可执行指令来执行以上所涉及的方法。
130.处理器51能够通过总线53与存储器52通讯。
131.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以上所涉及的方法。
132.本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
133.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。