(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 202111598080.1 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 郑州大学 地址 450000 河南省郑州市高新 技术开发 区科学大道100号 (72)发明人 张振　张瑞　徐一村　孙宏伟　 刘超　张本顺　 (74)专利代理 机构 北京盛凡佳华专利代理事务 所(普通合伙) 11947 专利代理师 马红蕾 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 111/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于Unity3D工业现场仿真系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于Unity3D工业现场仿 真系统， 其特征在于： 本系统开发过程为建立虚 拟环境‑通讯设计‑碰撞检测‑虚拟环境还原 焊接 过程‑虚拟操作， 本发明与现有技术相比的优点 在于： 通过此仿真系统的设计， 系统内部可以自 动检测焊接过程是否发生干涉碰撞， 并将检测的 信息通过服务端反馈给现实系统， 以保证焊接质 量， 工作人员可以通过系统的不同视角功能观察 整个焊接过程， 保证焊接质量， 不必受焊受恶劣 环境的影响。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 115293011 A 2022.11.04 CN 115293011 A 1.一种基于Unity3D工业现场仿真系统， 其特征在于： 本系统开发过程为建立虚拟环 境‑通讯设计 ‑碰撞检测 ‑虚拟环境还原焊接过程 ‑虚拟操作， 本系统的开 发逻辑为 实际双机 械臂龙门架模型通过数据获取工控机获取焊接数据(客户端1)， 工控机获取焊接数据发送 至以太网服务端， 然后建立虚拟双机械臂龙门架模 型(客户端2)， 通过虚拟环 境还原焊接过 程， 在虚拟环境进行碰撞检测， 若发生碰撞， 发送碰撞急停信息至以太网服务端， 信息发送 至客户端1， 实际双机 械臂龙门架模型进行急停操作。 2.根据权利要求1所述的一种基于Unity3D工业现场仿真系 统， 其特征在于： 在虚拟环 境还原焊接过程和虚拟环境进 行碰撞检测的过程中， 需要工作人员对虚拟环境进 行多视角 观测。 3.根据权利要求1所述的一种基于Unity3D工业现场仿真系 统， 其特征在于： 虚拟环境 的建立主要包括加工车间和龙 门架双机械臂系统的建立， 车间场景建模使用3dsMax完成， 导出.fbx格式文件最后导入Unity3D使用， 对于双机械臂龙门架系统， 先采用Solid  Works 进行建模， 模型保存为.STL格式文件然后再导入3ds  Max进行渲染烘焙处理， 同样得到.fbx 格式文件最后导入Un ity3D处理。 4.根据权利要求1所述的一种基于Unity3D工业现场仿真系 统， 其特征在于： 在通讯设 计中， 分别将两台虚实机械臂定义为客户端1和客户端2， 以太网服务端进 行通讯， 从而达到 虚实同步效果。 5.根据权利要求1所述的一种基于Unity3D工业现场仿真系 统， 其特征在于： 虚拟环境 进行碰撞检测中设有碰撞体， 对于虚拟空间中任意一点坐标为A(x， y， z)， 碰撞体球心坐标 为(cx， cy， cz)， 则碰撞区域的数学表达式如下： R＝{(x， y， z}|(x ‑cx)2+(y‑cy)2+(z‑cz) 2＜ r2}。 6.根据权利要求1所述的一种基于Unity3D工业现场仿真系 统， 其特征在于： 本研究采 用Unity3D中的粒子系统模块和动态轨迹生成技术进行虚拟 效果设计， 模拟焊弧和 焊接后 焊缝的效果。 7.根据权利要求1所述的一种基于Unity3D工业现场仿真系 统， 其特征在于： 在虚拟操 作中， 借助Unity3D的UGUI的模块功能设计与虚拟模型交互的UI界面， 通过UI界面的Input   Field输入框和Solider滑条来输入机械臂的旋转角度值， 然后C#编写的脚本根据输入的值 控制虚拟模型的运动。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115293011 A 2一种基于U nity3D工业现场仿真系统 技术领域 [0001]本发明涉及仿真系统技 术领域， 具体是指一种基于Un ity3D工业现场仿真系统。 背景技术 [0002]焊接作为船舶和海工装备建造的关键技术之一， 其焊接工时约占船体建造总工时 的30％～40％， 中小组立是船舶焊接的重要对象， 为了提高船舶生产效率， 加大对中小组立 焊接过程的研究必不可少的， 现有技术中公布一种基于数字孪生的工业机器人碰撞预测的 控制方法(申请公布号： CN112828886A)， 包括以下步骤： 动作数据采集： 物理环境下工业机 器人动作数据的采集， 建立机器人数字孪生模型： 在仿真平台中构建与工业机器人等比高 精度的机器人数字孪生模型， 建立联系： 建立服务器、 机器人数字孪生模型与工业机器人的 联系， 机器人孪生模型模拟工业机器人 的动作并预测 其工作轨迹， 分析机器人数字孪生模 型运动轨迹的可行性， 机器人数字孪生模型驱动工业机器人同步动作， 工业机器人上传动 作数据上传到服务器中形成闭环， 本发明可提高工业机器人运动的稳定性。 其技术方案有 以下两个缺点： 1： 没有明确的应用场景和对象， 其对象为工业机器人， 无法确定其是否适应 于焊接机器人。 2： 没有确定其使用何种软件进行开发， 无法确定开发周期和开发难度。 发明内容 [0003]本发明要解决的技术问题是， 针对上述背景技术中提出的不足， 为了提高解船舶 中小组立自动焊接的效率， 焊接过程不发生干涉， 保障焊接质量， 提出了一种基于Unity3D 工业现场仿真系统。 [0004]为解决上述技术问题， 本 发明提供的技术方案为： 一种基于Unity3D工业现场仿真 系统， 其特征在于： 本系统开 发过程为建立虚拟环境 ‑通讯设计 ‑碰撞检测 ‑虚拟环境还原焊 接过程‑虚拟操作， 本系统的开发逻辑为实际双机械臂龙门架模型通过数据获取工控机获 取焊接数据(客户端1)， 工控机获取焊接数据发送至以太网服务端， 然后建立虚拟双机械臂 龙门架模型(客户端2)， 通过虚拟环境还原焊接过程， 在虚拟环境进行碰撞检测， 若发生碰 撞， 发送碰撞急停信息至以太网服务端， 信息发送至客户端1， 实际双机械臂龙门架模型进 行急停操作。 [0005]进一步的， 在虚拟环境还原焊接过程和虚拟环境进行碰撞检测的过程中， 需要工 作人员对虚拟环境进 行多视角观测， 可以充分观 察双机械臂龙门架系统的焊接运动仿 真状 况， [0006]进一步的， 虚拟环境的建立主要包括加工车间和龙门架双机械臂系统的建立， 车 间场景建模使用3dsMax完成， 导出.fbx格式文件最后导入Unity3D使用， 对于双机械臂龙门 架系统， 先采用Solid  Works进行建模， 模型保存为.STL格式文件然后再导入3ds  Max进行 渲染烘焙处 理， 同样得到.fbx格式文件最后导入Un ity3D处理。 [0007]进一步的， 分别将两台虚实机械臂定义为客户端1和客户端2， 以太网服务端进行 通讯， 从而达 到虚实同步效果， 实现虚拟环境的实龙门架双机 械臂系统与实际的实时同步。说　明　书 1/3 页 3 CN 115293011 A 3