[发明专利]一种基于数字孪生的服务机器人在线运维系统及方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生的服务机器人在线运维系统，其特征在于，所述系统包括：物理实体端、连接端和虚拟实体端；其中，

所述物理实体端包括需要远程运维的n台服务机器人和n个数据采集卡；所述n个数据采集卡安装在所述n台服务机器人的机体内部，并通过相应的数据线与n台服务机器人的控制系统相连接；所述n个数据采集卡用于实时采集n台服务机器人的运行状态数据，并基于所述运行状态数据生成数字孪生数据；

所述虚拟实体端由远程运维系统和本地运维系统组成；所述远程运维系统由远程用户服务器、远程终端和运行在所述远程用户服务器中的服务机器人的数字孪生虚拟实体模型组成；所述本地运维系统组成由本地用户服务器、本地终端和运行在所述本地用户服务器中的服务机器人的数字孪生虚拟实体模型组成；

所述物理实体端基于所述连接端与所述虚拟实体端相连接，并进行数据的交互。

2.根据权利要求1所述的服务机器人在线运维系统，其特征在于，所述n个数据采集卡通过相应的数据线与n台服务机器人的控制系统相连接，实时获得所述n台服务机器人的驱动轮编码器数据、姿态数据、加速度数据、电池电量数据、局部地图轮廓数据，并通过多传感器数据融合，形成机器人的位姿数据、运行速度数据、剩余运行时间数据、全局地图数据；同时所述n个数据采集卡以STM32单片机为核心，以外围电路为支撑，并具有多通道模拟量和数字量I/O接口。

3.根据权利要求1所述的服务机器人在线运维系统，其特征在于，所述服务机器人数字孪生虚拟实体模型包括三维模型、物理模型和视图模型；具体表示如下：

VE＝I(V_g，V_p，V_v)；

其中，VE表示服务机器人数字孪生虚拟实体；I表示模型整合架构，用于整合机器人各个模型、各个可选的虚拟实体；V_g表示描述物理实体端的几何参数与关系的三维模型；V_p表示在V_g的基础上增加物理属性的物理模型；V_v表示V_g和V_p的可视化操作界面的视图模型。

4.根据权利要求1所述的服务机器人在线运维系统，其特征在于，在所述服务机器人在线运维系统中传输的孪生数据表示形式如下：

DD＝DD(D_vc，D_cv，D_pc，D_cp)；

其中，DD表示在服务机器人在线运维系统中传输的孪生数据；D_vc表示虚拟实体端到连接端的孪生数据；D_cv表示连接端到虚拟实体端的孪生数据；D_pc表示物理实体端到连接端的孪生数据；D_cp表示连接端到物理实体端的孪生数据。

5.根据权利要求4所述的服务机器人在线运维系统，其特征在于，所述连接端到虚拟实体端的孪生数据和所述虚拟实体端到连接端的孪生数据实现了对虚拟实体端的数据驱动与用户操作数据的读取；实时读取连接端传递过来的物理实体端的运行数据驱动虚拟实体端进行实时的动态仿真；同时，将用户对虚拟实体端的操作数据实时地转化为控制指令传输到连接端；其中，所述远程用户服务器与所述远程终端之间的数据交互采用WebSocket协议；所述本地用户服务器与所述本地终端之间的数据交互采用WebSocket协议。

6.根据权利要求4所述的服务机器人在线运维系统，其特征在于，所述物理实体端到连接端的孪生数据和所述连接端到物理实体端的孪生数据实现了对物理端的数据采集和实时运行控制；基于所述n个数据采集卡对n台服务机器人进行实时数据采集，通过OPC-UA协议规范传输至连接端；连接端中经过处理后的数据或指令可通过OPC-UA协议规范传输并反馈给物理实体端，对物理实体端中的n台服务机器人的实时运动控制。

7.根据权利要求4所述的服务机器人在线运维系统，其特征在于，所述服务机器人在线运维系统中传输的孪生数据采用轻量级的数据交换格式JSON格式进行数据交换。