基于ROS和Unity的自动导航小车状态监控研究

针对传统仓储物流工厂中普遍存在借助于人力完成产品的存储和搬运、人力成本高昂且浪费严重、智能化程度低等情况，提出一种将ROS平台与Unity开发软件相结合的方法来智能监控AGV运行，提高工厂智能化，提高效率。通过构建数字孪生体，实现虚拟AGV和真实AGV的实时交互，完成以虚映实、以虚控实。建立真实AGV的虚拟模型，ROS系统作为服务端安装ROS-TCP-Endpoint服务，Unity作为客户端安装ROS-TCP-Connector服务，完成数据互通，最终在Unity中开发出状态监控系统。通过该系统，促进人与机器高效合作，降低错误产生的可能，利用数据交互进行仿真，更加直观地对AGV进行分析和优化，进而提高仓储物流工厂的工作效率。

传统的仓储物流工厂主要是借助于人力完成产品的存储和搬运[1]，人力成本高昂且浪费严重，劳动效率低下，智能化程度低，同时随着货物的增加，该模式会严重影响正常的运转工作。实体经济和快速发展的网络信息技术正在不断融合，在工业行业中数字化、网络化、智能化发展十分迅速，产生了新模式和新业态的制造业数字化转型的方法，其中一个重要方法就是数字孪生[2] [3]。

数字孪生这一概念最早由Michael Grieves [4]在密歇根大学的PLM 课堂上提出，指的是从产品的设计到制造、使用到维修、开始服务到最终被回收的整个流程。Klaus Schützer 等学者合作研发基于产品生命周期的数字孪生模型， 同步数据并建立文档， 为企业提供相关指导方案[5]。

T. G. Ritto 和F. A. Rochinha [6]研究了多种物理模型的损伤结构场景，建立孪生模型并分析各种操作条件对模型的影响，利于工程实际运用推广。国内也有大量学者对其进行了相关研究。陶飞等针对物理世界和虚拟世界信息交互问题提出了数字孪生车间的概念[7]，并基于此探讨相关实现理论与方法。2019 年，陶飞及其团队为推动数字孪生技术的进一步深入运用，扩展已有的三维模型，提出了数字孪生五维模型概念[8]。蒋爱国等融合人工智能与大数据，基于数字孪生五维模型建立智能监测系统，完成对海上钻井平台的监测[9]。胡阳等针对复杂大型风电机组建立数字孪生仿真系统，实现对风电机组的在线实时仿真[10]。

数字孪生作为一个概念性的理论逐渐被工业界以及学术界采纳，这一概念，从其本质来说是以数字化形式对物理实体进行模拟，完成以虚映实、以虚控实、以虚预实、以虚优实等功能服务[11]。综合以上研究，本文将数字孪生技术与AGV 相结合，针对传统仓储车间的效率低下的问题，建立AGV 状态监控系统，促进人与机器高效合作，降低工作错误的产生，利用数据交互进行仿真，更加直观地对AGV 物理实体进行分析和状态监控，提高生产效率。

2. AGV 状态监控系统五维结构模型建立 结合数字孪生五维结构模型及其标准体系[12]，本文以AGV 为研究对象，提出AGV 状态监控系统五维架构，并进行AGV 的数字孪生建模技术研究，创建相对应的数字孪生虚拟模型。通过该技术，完成对AGV 的可视化监测以及智能控制。

AGV 状态监控系统的五维结构模型如下图1 所示：