[发明专利]一种数字孪生驱动的巡检机器人远程控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种数字孪生驱动的巡检机器人远程控制系统及方法，涉及虚拟远程控制与数字孪生技术领域。该系统包括，巡检机器人物理实体、数据感知与传输模块、巡检机器人虚拟实体、控制模块及孪生数据；利用数字孪生技术建立煤矿综采工作面巡检机器人的虚拟远程操控平台，实现煤矿综采工作面巡检机器人的虚实同动、状态监测与远程控制，同时，存储历史数据，进行设备和环境的历史运行状态，参数的信息加工及价值挖掘，对运行趋势进行预测，实现巡检机器人的智能自主决策，完成煤矿井下综采工作面的日常巡检任务，利用机器人替代人工巡检，降低了工人的劳动强度及危险性。

技术领域

本发明涉及虚拟远程控制与数字孪生技术领域，更具体的涉及一种数字孪生驱动的巡检机器人远程控制系统及方法。

背景技术

煤矿综采工作面是壁式采煤法的一种大型采煤工作面，主要由滚筒采煤机、刮板输送机以及液压支架三大设备组成。由于壁式采煤工作面设备较多，尺寸较长且随着采煤的运行，配套的各设备之间需要跟采煤机摇臂和滚筒做垂直于煤壁的前进运动。工作面设备群体之间的多个相对运动环节可能出现碰撞和故障，而采煤设备内部传感器不能准确及时的反馈事故状况。因此必须对采煤设备进行定期巡视和检查。现阶段主要依靠人工进入综采工作面对采煤设备进行巡检，实时监测“三机”的运行状态，保证综采工作面的正常生产。但是综采工作面设备众多、人的活动范围小，再加上综采工作面环境恶劣，因此在该环境中工作，工人劳动强度大，危险性高。

发明内容

本发明实施例提供一种数字孪生驱动的巡检机器人远程控制系统及方法，用以解决现有煤矿综采工作面人工巡检环境恶劣，劳动强度大，危险性高的问题。

本发明实施例提供一种数字孪生驱动的巡检机器人远程控制系统，包括：

巡检机器人物理实体、数据感知与传输模块、巡检机器人虚拟实体、控制模块及孪生数据；

巡检机器人物理实体包括机器人本体和综采工作面环境，机器人本体用于完成日常巡检任务；

数据感知与传输模块用于采集巡检机器人物理实体的变化信息，并将实时变化的信息进行数据融合处理及解析计算后传输给控制模块，使得巡检机器人虚拟实体在数据驱动下与巡检机器人物理实体同时变化并在控制模块动态呈现；

巡检机器人虚拟实体包括机器人虚拟模型和综采工作面真实环境模型，用于接收控制模块处理后的变化数据，并与巡检机器人物理实体呈现同步状态；

控制模块包括虚拟远程操控平台和实时状态检测界面，用于接收数据感知与传输模块及巡检机器人虚拟实体反馈的巡检机器人物理实体的运行状态数据，并确定巡检方法，通过控制巡检机器人虚拟实体对巡检机器人物理实体进行人工辅助干预运动，并将巡检机器人物理实体的运行状态数据再次通过数据感知与传输模块传输至控制模块，形成一个闭环控制的数字孪生体，通过数字孪生体实现巡检机器人物理实体和巡检机器人虚拟实体的虚实同动与远程控制；

孪生数据包括数据库和数据处理平台，用于对所接收到的数据进行储存及分析，并在数据分析加工过程中，对巡检机器人物理实体及环境状态、参数及趋势进行预测，实现巡检机器人的自主决策。

优选的，数据感知与传输模块包括对机器人本体运行状态和综采工作面环境状态的感知，其中，通过在机器人本体行走轮轴上安装旋转编码器以及机器人本体机身上安装惯性导航系统，实现对机器人本体实时定位及姿态检测的感知，通过在机器人本体上安装超声传感器以检测机器人本体运行前方是否存在障碍物；通过在机器人本体上安装红外摄像头及变焦距广角工业摄像头来检测综采工作面环境设备运行状况，在机器人本体上安装温度传感器、气敏传感器、视觉声音传感器、激光雷达以及多光谱相机实时检测综采工作面环境数据，将采集到的实时数据传输至控制模块，数据处理后对应虚拟仿真操控平台中的工作面各项参数，通过监测虚拟仿真操控平台界面中各项参数以及摄像头画面，实时监测综采工作面环境状态。