基于Unity 3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于Unity 3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法，包括如下步驟：利用傳感器檢測智能制造車間狀態(tài)信息的變化；利用3dsmax對智能制造車間進行等價造型，獲得虛擬空間的等價三維模型，輸出為FBX格式的文件；將等價三維模型導(dǎo)入Unity 3D開發(fā)引擎中，建立TCP/IP連接，實時接收智能制造車間的狀態(tài)信息；編寫C#腳本程序，結(jié)合智能制造車間的狀態(tài)信息驅(qū)動腳本；創(chuàng)建任務(wù)下達窗口和狀態(tài)信息顯示窗口；智能制造車間的各個控制單元接收訂單指令和操作指令，進行相應(yīng)動作。本發(fā)明不僅能實時顯示智能制造車間的各個設(shè)備的運行狀態(tài)，進行故障檢測，而且能實時控制智能制造車間，給車間下放任務(wù)和控制設(shè)備動作。
【專利說明】
基于Unity 3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及智能制造領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Unity 3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]智能制造是基于新一代信息技術(shù)，貫穿設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧化自決策、精準控制自執(zhí)行等功能的先進制造過程，系統(tǒng)與模式的總稱。智能制造車間具有顯著的不確定性、實時變化性和訂單個性化的特征，這樣使得車間情況更加復(fù)雜，迫切需要一種實時監(jiān)控的方法。目前，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控方法要么注重于實時收發(fā)仿真數(shù)據(jù);要么是注重于對特定目標工廠的數(shù)字化車間的實際運行狀態(tài)的可視化監(jiān)控;或注重于顯示通訊設(shè)備仿真模塊中的設(shè)備運行狀態(tài)，以及能靈活地進行故障檢測和故障修復(fù)的操作等。而均未涉及到智能制造車間和Unity 3D監(jiān)控界面實時數(shù)據(jù)交換，沒有利用監(jiān)控界面對實際車間進行操控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于通過一種基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法，來解決以上【背景技術(shù)】部分提到的問題。
[0004]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種基于Unity 3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法，其包括如下步驟:
[0006]S101、利用傳感器檢測智能制造車間狀態(tài)信息的變化，并通過無線網(wǎng)將狀態(tài)信息實時輸出；
[0007]S102、利用3dsmax對智能制造車間進行等價造型，獲得虛擬空間的等價三維模型，輸出為FBX格式的文件;其中，3dsmax是3D Stud1 Max的簡稱，它是Discreet公司開發(fā)的基于PC系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件。FBX格式為3D文件格式的一種。
[0008]S103、將所述等價三維模型導(dǎo)入Unity 3D開發(fā)引擎中，建立TCP/IP連接，實時接收智能制造車間的狀態(tài)信息；其中，Unity 3D是由Unity Technologies開發(fā)的一個讓玩家輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型互動內(nèi)容的多平臺的綜合型游戲開發(fā)工具，是一個全面整合的專業(yè)游戲引擎。Unity類似于Director ,Blender gameengine,Virtools或Torque Game Builder等利用交互的圖型化開發(fā)環(huán)境為首要方式的軟件。其編輯器運行在Windows和Mac OS X下，可發(fā)布游戲至Windows、Mac、Wi 1、iPhone、WebGL、Windows phone 8和Android平臺。
[0009]S104、編寫腳本程序，結(jié)合智能制造車間的狀態(tài)信息驅(qū)動腳本；
[0010]S105、創(chuàng)建任務(wù)下達窗口和狀態(tài)信息顯示窗口 ；
[0011]S106、智能制造車間的各控制單元接收訂單指令和操作指令進行相應(yīng)動作。
[0012]特別地，所述步驟SlOl具體包括:S1011、根據(jù)所需實時監(jiān)控的動態(tài)特征，確定各傳感器所需要的檢測信號；S1012、在智能制造車間的各個相應(yīng)的位置布置相應(yīng)的傳感器，傳感器檢測到相應(yīng)的信號，數(shù)據(jù)采集模塊采集傳感器信號，將傳感器信號封裝成數(shù)據(jù)報文；S1013、利用WIFI模塊無線發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)定每隔固定時間檢測一次，此往復(fù)循環(huán)完成對智能制造車間的實時數(shù)據(jù)采集與發(fā)送。
[0013]特別地，所述步驟S102具體包括:利用3dsmax對智能制造車間進行1:1造型，獲得虛擬空間的等價三維模型，對模型賦予相應(yīng)的材質(zhì)，造型完成后導(dǎo)出FBX格式的文件。
[0014]特別地，所述步驟S103具體包括:將所述等價三維模型導(dǎo)入Unity3D開發(fā)引擎中，利用TCP/IP協(xié)議建立局域網(wǎng)、服務(wù)器端和客戶端，將智能制造車間中各個模塊通過無線局域網(wǎng)連接在一起，進行狀態(tài)信息和控制信號的互相傳輸。
[0015]特別地，所述步驟S104具體包括:在Unity 3D中，編寫C#的腳本程序，利用TCP/IP協(xié)議編寫腳本建立客戶端，將智能制造車間發(fā)送的報文解析成等價三維模型的驅(qū)動指令；針對Unity 3D模型的驅(qū)動，采用坐標驅(qū)動模型和導(dǎo)航網(wǎng)格尋路的方法，其中，所述坐標驅(qū)動模型的方法是指將接收到的實體的旋轉(zhuǎn)角度或位移，給定運動時間，控制監(jiān)控平臺內(nèi)的相應(yīng)模型的運動;所述導(dǎo)航網(wǎng)格尋路的方法是指通過接收到的AGV(自動導(dǎo)引小車)的實時位置設(shè)置AGV的目的地，渲染AGV的路徑，AGV接收到目的地指令后移向目的地。
[0016]特別地，所述步驟S105具體包括:利用Unity3D的UGUI技術(shù)，創(chuàng)建多任務(wù)窗口，操作窗口，任務(wù)下達窗口和狀態(tài)信息顯示窗口，并設(shè)置相應(yīng)按鈕，只有相應(yīng)的按鈕觸發(fā)時才會顯示相應(yīng)模塊的狀態(tài)信息;其中，所述任務(wù)下達窗口為操作者提供下單的方法，操作者通過任務(wù)下達窗口發(fā)送訂單指令到智能制造車間內(nèi)的各個控制單元，智能制造車間內(nèi)的各個部分相互協(xié)調(diào)，完成訂單加工;所述狀態(tài)顯示窗口通過接收到的車間狀態(tài)信息，顯示智能制造車間各個部分的狀態(tài)信息。
[0017]特別地，所述智能制造車間各個部分的狀態(tài)信息包括但不限于機床重要結(jié)構(gòu)的溫度、機床是否故障、機床是否空閑、AGV是否空閑。
[0018]本發(fā)明提出的基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法不僅解決了虛擬世界對現(xiàn)實世界的監(jiān)控，并且實現(xiàn)了虛擬世界對現(xiàn)實世界的控制；提供了智能制造車間的三維建模方法和模型對制造車間的控制方法。本發(fā)明不僅能實時顯示智能制造車間的各個設(shè)備的運行狀態(tài)，靈活的進行故障檢測，而且能夠?qū)崟r控制智能制造車間，給車間下放任務(wù)和控制設(shè)備動作。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實施例提供的智能制造車間組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實施例提供的基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法的流程關(guān)系不意圖；
[0021 ]圖3為本發(fā)明實施例提供的訂單下達后的運動流程示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。需要說明的是，除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0023]本發(fā)明提出的基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法是面向智能制造車間的，包括智能制造車間的可視化部分和控制部分，可視化部分首先利用3dsmaX對智能制造車間進行等價造型，導(dǎo)入到Unity 3D中；其次利用傳感器采集車間的狀態(tài)信息，經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用無線局域網(wǎng)技術(shù)傳輸?shù)経nity 3D開發(fā)引擎中；然后Unity 3D開發(fā)引擎解析接收到來自智能制造車間的動態(tài)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)驅(qū)動等價三維模型，從而實現(xiàn)車間可視化的目的?？刂撇糠质窃谏鲜龅目梢暬缑婕粗悄苤圃燔囬g實時監(jiān)控平臺中添加控制界面和訂單操作界面，用戶可以通過這些界面下達任務(wù)指令或操作指令，將指令發(fā)送給智能制造車間的各個控制單元，從而實現(xiàn)控制智能制造車間的目的。簡單來講，本發(fā)明就是通過對智能制造車間的研究，將通過局域網(wǎng)采集的車間的狀態(tài)信息用來驅(qū)動三維虛擬空間內(nèi)的模型即虛擬空間的等價三維模型，從而用三維動畫模擬車間的狀態(tài)，并將車間狀態(tài)顯示在虛擬空間內(nèi)，并且可以通過三維虛擬空間內(nèi)的多任務(wù)窗口控制智能制造車間的訂單加工。下面對本發(fā)明原理、工作過程進行詳細說明:
[0024]請參照如圖1，本實施例中模擬的智能制造車間包括I個倉庫、2輛AGV小車和4個加工單元。倉庫單元含I臺三坐標機械手、I個成品倉庫和I個廢品倉庫。每個加工單元包括I個三自由度機械手和一臺機床。需要說明的是，智能制造車間的結(jié)構(gòu)組成并不局限于此，也可以有其它結(jié)構(gòu)形式。
[0025]如圖2所示，本實施例中基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法具體包括如下步驟:
[0026]S101、利用傳感器檢測智能制造車間狀態(tài)信息的變化，并通過無線網(wǎng)將狀態(tài)信息實時輸出。具體包括:S1011、根據(jù)所需實時監(jiān)控的動態(tài)特征，確定各傳感器所需要的檢測信號;例如:兩臺AGV小車的實時坐標、三坐標機械手的各個方向上的位移、三自由度機械手的各個關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度等。S1012、在智能制造車間的各個相應(yīng)的位置布置相應(yīng)的傳感器，傳感器檢測到相應(yīng)的信號，數(shù)據(jù)采集模塊采集傳感器信號，將傳感器信號封裝成數(shù)據(jù)報文；S1013、利用WIFI模塊無線發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)定每隔固定時間檢測一次，此往復(fù)循環(huán)完成對智能制造車間的實時數(shù)據(jù)采集與發(fā)送。
[0027]S102、利用3dsmax對智能制造車間進行等價造型，獲得虛擬空間的等價三維模型，輸出為FBX格式的文件。具體的:利用3dsmax對智能制造車間進行1:1造型，獲得虛擬空間的等價三維模型，為了減輕計算機的運行負擔(dān)，這里將不會對設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造型，只是用簡單的立體幾何圖形替代，對模型賦予相應(yīng)的材質(zhì)，使模型更加逼真，造型完成后導(dǎo)出FBX格式的文件。
[0028]S103、將所述等價三維模型導(dǎo)入Unity 3D開發(fā)引擎中，建立TCP/IP連接，實時接收智能制造車間的狀態(tài)信息。將所述等價三維模型導(dǎo)入Unity 3D開發(fā)引擎中，利用TCP/IP協(xié)議建立局域網(wǎng)、服務(wù)器端和客戶端，設(shè)置監(jiān)控電腦為總服務(wù)器，設(shè)置AGV小車是四個加工單元和倉庫的服務(wù)器，設(shè)置AGV小車是監(jiān)控電腦的客戶端，設(shè)置四個加工單元和倉庫是小車的客戶端，然后將智能制造車間中的各個模塊通過無線局域網(wǎng)連接起來，狀態(tài)信息經(jīng)狀態(tài)指令生成算法生成為狀態(tài)指令，控制信息經(jīng)控制指令生成算法生成為控制指令從而實現(xiàn)狀態(tài)信息和控制信息的互相傳輸。
[0029]S104、編寫C#腳本程序，結(jié)合智能制造車間的狀態(tài)信息驅(qū)動腳本。在Unity 3D中，編寫C#的腳本程序，利用TCP/ IP協(xié)議編寫腳本建立客戶端，將智能制造車間發(fā)送的報文解析成等價三維模型的驅(qū)動指令;針對Unity 3D模型的驅(qū)動，采用坐標驅(qū)動模型和導(dǎo)航網(wǎng)格尋路的方法，其中，所述坐標驅(qū)動模型的方法是指將接收到的實體的旋轉(zhuǎn)角度或位移，給定運動時間，控制監(jiān)控平臺內(nèi)的相應(yīng)模型的運動;所述導(dǎo)航網(wǎng)格尋路的方法是指通過接收到的AGV的實時位置設(shè)置AGV的目的地，清染AGV的路徑，AGV接收到目的地指令后移向目的地。
[0030]Unity 3D主要是對各個模型添加組件，從而控制模型。在本實施例中AGV小車采用Unity 3D自帶的導(dǎo)航網(wǎng)格尋路方法，三自由度機械手采取坐標驅(qū)動模型的方法。導(dǎo)航網(wǎng)格尋路方法，先渲染AGV的可行路徑，然后給AGV添加Nav Mesh Agent組件，通過接收到的AGV的實時位置設(shè)置AGV的目的地，從而實現(xiàn)監(jiān)控界面中的AGV在智能制造車間中的AGV位置監(jiān)控。坐標驅(qū)動機械手模型，通過接收到的舵機的旋轉(zhuǎn)角度和直線模組的位移，控制智能制造車間監(jiān)控平臺的模型的運動，從而實現(xiàn)監(jiān)控界面中的機械手在智能制造車間的狀態(tài)監(jiān)控。
[0031]S105、創(chuàng)建任務(wù)下達窗口和狀態(tài)信息顯示窗口。具體的，利用Unity 3D的UGUI技術(shù)，創(chuàng)建多任務(wù)窗口，操作窗口，任務(wù)下達窗口和狀態(tài)信息顯示窗口，并設(shè)置相應(yīng)按鈕，只有相應(yīng)的按鈕觸發(fā)時才會顯示相應(yīng)模塊的狀態(tài)信息。
[0032]S106、智能制造車間的各個控制單元接收訂單指令和操作指令，進行相應(yīng)動作。
[0033]所述任務(wù)下達窗口為操作者提供下單的方法，操作者通過任務(wù)下達窗口發(fā)送訂單指令到智能制造車間內(nèi)的各個控制單元，智能制造車間內(nèi)的各個部分相互協(xié)調(diào)，完成訂單加工;所述狀態(tài)顯示窗口通過接收到的車間狀態(tài)信息，顯示智能制造車間各個部分的狀態(tài)信息。所述智能制造車間各個部分的狀態(tài)信息包括但不限于機床重要結(jié)構(gòu)的溫度、機床是否故障、機床是否空閑、AGV是否空閑
[0034]在本實施例中創(chuàng)建機械手和加工單元的復(fù)位按鈕，機械手和加工單元的復(fù)位操作指令連接在各個復(fù)位按鈕上，由復(fù)位按鈕觸發(fā)，復(fù)位操作指令經(jīng)無線局域網(wǎng)發(fā)送到機械手和加工單元的控制單元中，控制機械手和加工單元的復(fù)位操作。利用Unity 3D的UGUI技術(shù)創(chuàng)建產(chǎn)品的訂單下達界面，結(jié)合MySQL數(shù)據(jù)庫，利用TCP/IP協(xié)議發(fā)送訂單到AGV小車上，如圖3所示。
[0035]本發(fā)明不僅能實時顯示智能制造車間的各個設(shè)備的運行狀態(tài)，靈活的進行故障檢測，而且能夠?qū)崟r控制智能制造車間，給車間下放任務(wù)和控制設(shè)備動作。由于智能制造車間內(nèi)有AGV小車、三坐標直線運動機械手和三自由度機械手，提出了實時坐標控制每個自由度的感念;對于車間的控制，提出了虛擬空間內(nèi)訂單控制程序指令的概念;并利用了TCP/IP連接，實現(xiàn)實際空間和虛擬空間的數(shù)據(jù)交互。
[0036]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read-Only Memory，ROM)或隨機存儲記憶體(Random AccessMemory，RAM)等。
[0037]以上結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它【具體實施方式】，這些方式都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法，其特征在于，包括如下步驟: 5101、利用傳感器檢測智能制造車間狀態(tài)信息的變化，并通過無線網(wǎng)將狀態(tài)信息實時輸出； 5102、利用3dsmax對智能制造車間進行等價造型，獲得虛擬空間的等價三維模型，輸出為FBX格式的文件； 5103、將所述等價三維模型導(dǎo)入Unity3D開發(fā)引擎中，建立TCP/IP連接，實時接收智能制造車間的狀態(tài)信息； 5104、編寫C#腳本程序，結(jié)合智能制造車間的狀態(tài)信息驅(qū)動腳本； 5105、創(chuàng)建任務(wù)下達窗口和狀態(tài)信息顯示窗口； 5106、智能制造車間的各控制單元接收訂單指令和操作指令進行相應(yīng)動作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟SlOl具體包括:S1011、根據(jù)所需實時監(jiān)控的動態(tài)特征，確定各傳感器所需要的檢測信號；S1012、在智能制造車間的各個相應(yīng)的位置布置相應(yīng)的傳感器，傳感器檢測到相應(yīng)的信號，數(shù)據(jù)采集模塊采集傳感器信號，將傳感器信號封裝成數(shù)據(jù)報文;S1013、利用WIFI模塊無線發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)定每隔固定時間檢測一次，此往復(fù)循環(huán)完成對智能制造車間的實時數(shù)據(jù)采集與發(fā)送。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟S102具體包括:利用3dsmax對智能制造車間進行1:1造型，獲得虛擬空間的等價三維模型，對模型賦予相應(yīng)的材質(zhì)，造型完成后導(dǎo)出FBX格式的文件。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟S103具體包括:將所述等價三維模型導(dǎo)入Unity 3D開發(fā)引擎中，利用TCP/IP協(xié)議建立局域網(wǎng)、服務(wù)器端和客戶端，將智能制造車間中各個模塊通過無線局域網(wǎng)連接在一起，進行狀態(tài)信息和控制信號的互相傳輸。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟S104具體包括:在Unity 3D中，編寫C#的腳本程序，利用TCP/IP協(xié)議編寫腳本建立客戶端，將智能制造車間發(fā)送的報文解析成等價三維模型的驅(qū)動指令;針對Unity 3D模型的驅(qū)動，采用坐標驅(qū)動模型和導(dǎo)航網(wǎng)格尋路的方法，其中，所述坐標驅(qū)動模型的方法是指將接收到的實體的旋轉(zhuǎn)角度或位移，給定運動時間，控制監(jiān)控平臺內(nèi)的相應(yīng)模型的運動;所述導(dǎo)航網(wǎng)格尋路的方法是指通過接收到的AGV的實時位置設(shè)置AGV的目的地，渲染AGV的路徑，AGV接收到目的地指令后移向目的地。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟S105具體包括:利用Unity 3D的UGUI技術(shù)，創(chuàng)建多任務(wù)窗口，操作窗口，任務(wù)下達窗口和狀態(tài)信息顯示窗口，并設(shè)置相應(yīng)按鈕，只有相應(yīng)的按鈕觸發(fā)時才會顯示相應(yīng)模塊的狀態(tài)信息;其中，所述任務(wù)下達窗口為操作者提供下單的方法，操作者通過任務(wù)下達窗口發(fā)送訂單指令到智能制造車間內(nèi)的各個控制單元，智能制造車間內(nèi)的各個部分相互協(xié)調(diào)，完成訂單加工;所述狀態(tài)顯示窗口通過接收到的車間狀態(tài)信息，顯示智能制造車間各個部分的狀態(tài)信息。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于Unity3D的智能制造車間的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述智能制造車間各個部分的狀態(tài)信息包括但不限于機床重要結(jié)構(gòu)的溫度、機床是否故 障、機床是否空閑、AGV是否空閑ο
【文檔編號】G05B19/418GK105955230SQ201610573772
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月19日
【發(fā)明人】唐敦兵, 張濤, 張澤群, 許超, 魏鑫, 張海濤, 黃騰霄
【申請人】南京航空航天大學(xué), 南京航空航天大學(xué)無錫研究院