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龙图腾网获悉北京航空航天大学申请的专利一种面向协作机器人关节的数字孪生模型构建方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117621070B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-24发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202311706860.2，技术领域涉及：B25J9/16；该发明授权一种面向协作机器人关节的数字孪生模型构建方法是由左颖;王煜程;陶飞;李奕霖设计研发完成，并于2023-12-13向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种面向协作机器人关节的数字孪生模型构建方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种面向协作机器人关节的数字孪生模型构建方法，包括：几何模型构建模块，主要根据机器人关节的几何特征，实现从零件级、部件级和产品级等维度构建几何模型；规则模型构建模块，主要实现机器人关节控制程序的控制规则提取和关键零件运行损伤规则的构建；物理模型构建模块，主要实现机器人关节动力学方程和关键零件温度场的建立；行为模型构建模块，主要实现机器人关节行为树的构建和行为对应参数变化曲线的求解；模型融合模块，主要通过数据湖和异步通信接口技术实现四维度模型之间的融合。本发明可实现从几何‑物理‑行为‑规则四维度构建机器人关节数字孪生模型，为基于数字孪生的机器人关节故障诊断提供孪生模型支撑。

本发明授权一种面向协作机器人关节的数字孪生模型构建方法在权利要求书中公布了：1.一种面向协作机器人关节的数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述方法步骤如下： 步骤1、构建协作机器人关节的几何模型，其具体实现如下： 步骤1.1、构建机器人关节零件级几何模型：根据零件在机械运动中的作用，分为关键零件CPi和辅助零件APi，对关键零件CPi按外形、材料属性、表面特征进行建模，对辅助零件APi按其外形和与关键零件的配合关系建模，得到全体零件集合{CPi，APi}；所述关键零件指直接参与到机械运动过程中，对运动具有直接影响的零件，包括无框电机轴承CP1和若干减速器齿轮CP21，CP22，...CP2n；所述辅助零件是指在机器人关节结构中对关键零件起辅助作用且对机械运动过程没有直接影响的零件，包括无框电机外壳AP1、无框电机支承AP2、减速器支承AP3、控制器AP4、若干传感器AP51，AP52，...AP5m、电机散热片AP6、关节外壳AP7及若干线束AP81，AP82，...AP8k； 步骤1.2、构建机器人关节部件级几何模型：根据机器人关节的功能分区，将步骤1.1构建的零件集合{CPi，APi}划分为电机部件集合MC＝{CP1，AP1，AP2，AP6}、减速器部件集合RC＝{AP3，CP21，CP22，...CP2n}、控制器部件集合CC＝{AP4，AP81，...AP8i}、传感器部件集合SC＝{AP51，...AP5m，AP8i+1，...AP8k}，在各个集合内，按照配合关系和位置关系将零件级模型组装为部件级模型； 步骤1.3、构建机器人关节产品级几何模型：基于关节各部件在关节外壳中的位置、部件间的机械传动关系和线束连接关系将步骤1.2构建的四个部件级几何模型组装为产品级几何模型； 步骤2、构建协作机器人关节的规则模型，其具体实现如下： 步骤2.1、构建机器人关节的控制规则模型：基于机器人关节程序在外部扰动、自身故障下对机器人关节参数范围和变化率的控制策略，构建n条“IF-THEN”规则Rii＝1,2...n； 步骤2.2、构建机器人关节的输出扭矩衰减规则模型：基于Archard磨损方程V＝kFvd构建机器人关节的输出扭矩衰减规则模型，其中V为零件磨损的体积，k为关键零件材料的磨损系数，F为零件之间的表面接触压力；v为零件间的相对运动速度，d为零件间的滑动距离；扭矩衰减τweak＝μV，其中μ为扭矩衰减系数； 步骤3、构建协作机器人关节的物理模型，其具体实现如下： 步骤3.1、构建机器人关节的扭矩动力学方程：基于拉格朗日方程L＝T-U+τtotal构建机器人关节的扭矩动力学方程，其中T为动能项，U为势能项，τtotal为输出扭矩，τtotal＝τgear-τweak，τgear为减速器输出扭矩；τweak为磨损对输出扭矩的影响，由步骤2.2建立的扭矩衰减规则模型计算； 步骤3.2、构建机器人关节关键零件的温度场：基于热网络法计算关键零件表面的温度场TCP，所述热网络法的计算依据为热传导方程、初始条件、热交换边界条件，热传导方程为其中x为空间坐标，kx是导热系数，Tx，t为温度分布，ρx为密度，Cx为比热容，t为时间；初始条件为Tx，t＝0＝Tsensor，其中Tsensor为传感器采集的温度；关节和关键零件之间的热交换边界条件为其中hconv为热传导系数，TCP为关键零件的温度； 步骤4、构建协作机器人关节的行为模型，其具体实现如下： 步骤4.1、构建机器人关节行为树节点：基于机器人关节在外部扰动、自身故障的多状况下的行为，构建机器人关节行为树节点；所述树节点包括触发节点Ti、行为节点Bi和执行节点Pi，一个触发节点表示一个能够触发行为的条件，一个行为节点表示一个具体行为，一个执行节点表示一个机器人关节内的零件； 步骤4.2、连接机器人关节行为树节点：以行为节点Bi为中间层，向上连接触发节点Ti，向下连接执行节点Pi；触发节点和行为节点的连接表示该触发节点表示的条件会触发该行为节点表示的行为，行为节点和执行节点的连接表示该行为节点表示的行为由该执行节点表示的零件参与； 步骤5、融合几何-物理-行为-规则多维模型，其具体实现如下： 基于数据湖技术，对步骤1至步骤4构建的几何、物理、行为、规则四个模型的数据进行分类存储；构建多维模型与数据湖间的事件驱动异步通信接口，所述事件驱动的事件类型为数据更新类事件和数据调用类事件；数据更新类事件是指四个维度的模型进行数据更新，以及数据处理程序使用当前数据湖中管理的数据计算得到新数据，数据调用类事件是指四个维度的模型对数据湖中管理的数据提出调用请求。

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