【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及动车转向架，尤其涉及一种基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制系统及方法。
技术介绍
1、传统的动车转向架更换设备的控制交互，由于设备库与调度控制室之间距离过远，需要前方指挥人员与后方操作人员通过不断的交流合作来确定，后方操作人员需要根据前方指挥人员的反馈了解设备运行姿态与状况，往往一个动作的到位需要多次的沟通与调整，存在实际运行信息与理想运行信息的一致性表达匹配不到位的问题，即操作端信息与设备端信息存在信息延迟与目标信息不一致的问题，使得动车转向架的更换作业十分繁琐，且效率低。
2、由于不同型号动车车体尺寸的不同，动车转向架更换设备需要兼容多种车型作业方式，但传统的作业模式为人工选择车辆型号与作业模式。在进行一些危险系数较大的作业步骤时，不具备容错性，一旦作业方式途中选择错误，轻则影响检修效率，重则危害前方人员安全。
3、地沟式转向架更换设备如图1所示，用于在列车检修期间，不将列车解体的情况下，更换各列车段的转向架。该转向架更换设备由双托架机构1、轨道桥横向移动机构2、轨道桥3、内线轨道桥升降机构4、锁止机构5和外线轨道桥升降机构6组成。转向架更换设备的运动动作包括列车的进站、左右托架的上下、左右、前后移动、转向架的拆卸、轨道桥的下降、轨道桥向外线的推出。
4、数字孪生技术，通过在物理实体与虚拟实体间建立联接，将物理实体信息的改变实时体现在虚拟实体上，使前方操作人员对动车转向架更换设备每一步的操作结果都能实时准确的现在数字孪生体上，方便实现对设备的全方位监控。
>技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术提出一种基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制系统及方法，优化了转向架更换设备操作过程中前后方的配合，简化了作业过程，提高了作业效率。
2、技术方案：本专利技术基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制系统包括配对模块，所述配对模块确定动车转向架更换设备物理实体，以及对应的动车转向架更换设备虚拟实体，并基于动车转向架更换设备物理实体与所述虚拟实体确定转换关系；
3、同步模块，所述同步模块获得动车转向架更换设备动作数据，根据动车转向架更换设备动作数据确定对应的虚拟运动数据，根据所述虚拟运动数据，确定目标的虚拟实体运动姿态，虚拟实体与物理实体的同步运动；
4、模拟模块，所述模拟模块获取设备当前机构运行姿态数据，根据设备各机构运行姿态数据确定设备模拟运动数据。
5、本专利技术基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，由基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制系统实现，该控制方法包括以下步骤：
6、(1)确定动车转向架更换设备物理实体及对应的动车转向架更换设备虚拟实体，并基于动车转向架更换设备物理实体与虚拟实体确定转换关系；
7、(2)根据虚拟实体运动数据，将动车转向架更换设备物理实体的运动姿态映射到动车转向架更换设备虚拟实体上，同步动车转向架更换设备物理实体与动车转向架更换设备虚拟实体的位姿；
8、(3)根据设备虚拟运动姿态，模拟机构后续的运行轨迹。
9、步骤(1)包括以下过程：
10、(1.1)获取设备的物理实体运动姿态,将设备的物理实体运动姿态转换成设备的物理实体运动数据；
11、(1.2)将物理实体运动数据，转换成虚拟实体运动数据。
12、步骤(1.1)中，物理实体运动姿态包括动车在设备轨道上的停靠位置，双托架机构作业时的位姿，内外线轨道桥升降机构的升降高度，轨道桥横向移动机构的横向移动距离，以及锁止机构的锁止装置伸出与收回位置。
13、步骤(1.2)中，对于以伺服电机为动力的机构，以s＝(d*π)*(c1/c2)计算出机构位移量，其中，s代表机构位移距离，d代表齿轮直径，c1代表编码器总计数，c2代表单圈编码器计数，每间隔时间t后，用当前机构位移量st与机构位移距离s对比，若st-s≠0，则表示机构正在移动，通过对比若结果大于0，则表示机构在向正方向运行，反之则在向负方向运行。
14、步骤(1.2)中，对于通过位置传感器采集数据的机构，通过在工作位置与收纳位置布置位置传感器，通过位置传感器的到位信号确定工作与已收纳两种状态[a,b]，a代表工作位置到位信号，b代表收纳位置到位信号。
15、步骤(1.2)中，对于位移传感器采集数据的机构，调用位移传感器所采集到的数据。
16、步骤(2)包括以下过程：
17、(2.1)pc设备向下进行轮询，每隔固定时间向plc设备发送轮询指令；
18、(2.2)plc设备接收到轮询命令后，将各机构的位姿数据打包，返回pc设备；
19、(2.3)pc设备对采集到的数据处理，将采集到的数据转换为动车转向架更换设备虚拟模型各运动机构的位移矩阵；
20、(2.4)将所述位移矩阵代入到虚拟转向架更换设备模型中，虚拟转向架更换设备模型根据位移矩阵运动实现虚拟实体模型与物理实体同步运动。
21、步骤(2.3)包括以下过程：
22、(2.3.1)pc设备在接收到plc发送的数据包后，进行解包，并将lint型、bool型数据存入到不同的数据库中；
23、(2.3.2)pc设备从各机构对应的数据库中提取数据，并计算对应机构的位移矩阵；
24、定义机构当前所处位置向量为p＝(px，py，pz，pw)，其中，px为移动机构在x轴上的位置,py为移动机构在y轴上的位置,pz为移动机构在z轴上的位置，pw设置为1；
25、pc设备接收到数据包并更新数据库信息后，机构进行的位移记为t,逆矩阵t-1表示相反方向的移动；tx代表移动机构在x轴上的位移量，ty代表移动机构在x轴上的位移量，tz代表移动机构在x轴上的位移量：
26、
27、计算发生了位移的机构的位移矩阵，产生位移后机构所处位置为p’；
28、
29、步骤(3)包括以下过程：
30、(3.1)对进行转向机拆装的动车进行型号识别；
31、(3.2)根据检修的车辆型号，更新虚拟空间中车辆模型信息；
32、(3.3)进行转向架拆装操作时，判定操作类型是否属于危险操作；
33、(3.4)根据操作的类型，进行不同行为的动作；
34、(3.5)锁死危险操作并读取设备当前运行状态；
35、(3.6)根据危险动作的作业指令，动车转向架更换设备虚拟模型并模拟执行作业指令；
36、(3.7)对应虚拟机构模拟完危险动作后，进行模拟作业机构之间包围盒碰撞检测，判断当前危险动作模拟状态。
37、工作原理：本专利技术通过确定动车转向架更换设备物理实体，以及对应的动车转向架更换设备虚拟实体，并基于动车转向架更换设备物理实体与虚拟实体确定之间的转换关系；获得动车转向架更换设备动作数据，根据动车转向本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制系统，其特征在于：包括配对模块，所述配对模块确定动车转向架更换设备物理实体，以及对应的动车转向架更换设备虚拟实体，并基于动车转向架更换设备物理实体与所述虚拟实体确定转换关系；
2.一种基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：由权利要求1所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制系统实现，所述交互控制方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：步骤(1)包括以下过程：
4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：步骤(1.1)中，所述物理实体运动姿态包括动车在设备轨道上的停靠位置，双托架机构作业时的位姿，内外线轨道桥升降机构的升降高度，轨道桥横向移动机构的横向移动距离，以及锁止机构的锁止装置伸出与收回位置。
5.根据权利要求3所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：步骤(1.2)中，对于以伺服电机为动力的机构，以S＝(D*π)*(C1/C2)计算出
6.根据权利要求3所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：步骤(1.2)中，对于通过位置传感器采集数据的机构，通过在工作位置与收纳位置布置位置传感器，通过位置传感器的到位信号确定工作与已收纳两种状态[A,B]，A代表工作位置到位信号，B代表收纳位置到位信号。
7.根据权利要求3所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：步骤(1.2)中，对于位移传感器采集数据的机构，调用位移传感器所采集到的数据。
8.根据权利要求2所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：步骤(2)包括以下过程：
9.根据权利要求8所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：步骤(2.3)包括以下过程：
10.根据权利要求2所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：步骤(3)包括以下过程：
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制系统，其特征在于：包括配对模块，所述配对模块确定动车转向架更换设备物理实体，以及对应的动车转向架更换设备虚拟实体，并基于动车转向架更换设备物理实体与所述虚拟实体确定转换关系；
2.一种基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：由权利要求1所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制系统实现，所述交互控制方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：步骤(1)包括以下过程：
4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：步骤(1.1)中，所述物理实体运动姿态包括动车在设备轨道上的停靠位置，双托架机构作业时的位姿，内外线轨道桥升降机构的升降高度，轨道桥横向移动机构的横向移动距离，以及锁止机构的锁止装置伸出与收回位置。
5.根据权利要求3所述的基于数字孪生的动车转向架更换设备交互控制方法，其特征在于：步骤(1.2)中，对于以伺服电机为动力的机构，以s＝(d*π)*(c1/c2)计算出机构位移量，其中，s代表机构位移距离，d代表齿轮直径，...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢倩，马子源，罗浩，刘宇晨，葛飞繁，周临震，许烨，马超，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：
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