本技術(shù)涉及人工智能，尤其涉及一種數(shù)字孿生交互方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字孿生技術(shù)在船用機(jī)電設(shè)備健康管理中的應(yīng)用，成為了提升設(shè)備維護(hù)效率和安全性的關(guān)鍵手段。通過構(gòu)建與現(xiàn)實(shí)設(shè)備相對(duì)應(yīng)的虛擬模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)測(cè)與管理。以下是背景技術(shù)的詳細(xì)分析和要解決的技術(shù)問題。

2、在數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程中，涉及多個(gè)伺服系統(tǒng)，包括動(dòng)力學(xué)求解伺服、力反饋輸出伺服等，在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)中的不同伺服具有不同的更新頻率。例如，動(dòng)力學(xué)求解可能需要較高的更新率以保證實(shí)時(shí)響應(yīng)，而力反饋輸出可能因計(jì)算復(fù)雜性而更新頻率較低。這種不一致性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)延遲或不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響用戶體驗(yàn)和安全性。在仿真過程中，各個(gè)伺服的更新率會(huì)受到多種因素的影響（如計(jì)算負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)延遲等），導(dǎo)致其更新頻率出現(xiàn)波動(dòng)。這會(huì)使得一些實(shí)時(shí)交互操作的反饋不夠流暢，降低系統(tǒng)的整體性能。

3、為此，在數(shù)字孿生交互過程中如何有效處理多更新率伺服之間的耦合與同步問題，為船用機(jī)電設(shè)備的數(shù)字孿生應(yīng)用提供穩(wěn)定和高效的支持，從而提升管理效率與安全性，是當(dāng)前亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種數(shù)字孿生交互方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，其解決了在數(shù)字孿生交互過程中如何有效處理多更新率伺服之間的耦合與同步的技術(shù)問題，達(dá)到了伺服之間的耦合與同步，提升交互效果的連貫性的技術(shù)效果。

2、為了達(dá)到上述目的，本技術(shù)采用的主要技術(shù)方案包括：

3、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種數(shù)字孿生交互方法，應(yīng)用于數(shù)字孿生交互系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括觸覺設(shè)備、虛擬對(duì)象、動(dòng)力學(xué)解算伺服和力反饋輸出伺服；所述方法包括：

4、獲取所述觸覺設(shè)備在采樣周期中與所述虛擬對(duì)象交互的位置變化量；

5、基于所述位置變化量、所述動(dòng)力學(xué)解算伺服的滯后時(shí)間以及所述力反饋輸出伺服的平滑時(shí)間，生成所述觸覺設(shè)備的預(yù)估位置；

6、確定所述預(yù)估位置對(duì)應(yīng)的預(yù)估反饋力；

7、對(duì)所述預(yù)估反饋力進(jìn)行誤差判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果確定過渡反饋力；

8、根據(jù)預(yù)設(shè)的映射系數(shù)對(duì)所述過渡反饋力進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到所述虛擬對(duì)象對(duì)所述觸覺設(shè)備的目標(biāo)反饋力。

9、本實(shí)施例提供的一種數(shù)字孿生交互方法，通過獲取觸覺設(shè)備與虛擬對(duì)象交互期間的位置變化量，能夠?qū)崟r(shí)了解用戶的操作動(dòng)態(tài)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合滯后時(shí)間和平滑時(shí)間，計(jì)算出觸覺設(shè)備的預(yù)估位置，從而確保交互更加流暢，減少響應(yīng)延遲。接著，基于預(yù)估位置確定相應(yīng)的預(yù)估反饋力，確保用戶在虛擬環(huán)境中的感知一致性。通過對(duì)預(yù)估反饋力進(jìn)行誤差判斷，自動(dòng)調(diào)整反饋力，提高觸覺反饋的準(zhǔn)確性，避免力反饋延遲或錯(cuò)位。最后，將過渡反饋力轉(zhuǎn)換為目標(biāo)反饋力，通過預(yù)設(shè)的映射系數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬對(duì)象的精準(zhǔn)反饋，增強(qiáng)用戶的沉浸感和參與感。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了高效且準(zhǔn)確的力反饋，提升了虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的可用性。

10、可選地，所述位置變化量的獲取包括所述觸覺設(shè)備的起始位置；所述基于所述位置變化量、所述動(dòng)力學(xué)解算伺服的滯后時(shí)間以及所述力反饋輸出伺服的平滑時(shí)間，生成所述觸覺設(shè)備的預(yù)估位置，包括：

11、根據(jù)所述動(dòng)力學(xué)解算伺服的滯后時(shí)間以及所述力反饋輸出伺服的平滑時(shí)間，確定總誤差時(shí)間；

12、根據(jù)所述起始位置、所述總誤差時(shí)間和所述位置變化量，確定所述預(yù)估位置。

13、本實(shí)施例通過計(jì)算動(dòng)力學(xué)解算伺服的滯后時(shí)間和力反饋輸出伺服的平滑時(shí)間來確定總誤差時(shí)間，從而提高對(duì)信號(hào)傳輸和處理延遲的補(bǔ)償能力，增強(qiáng)響應(yīng)精度。接著，利用起始位置、總誤差時(shí)間和位置變化量來計(jì)算預(yù)估位置，能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測(cè)觸覺設(shè)備的實(shí)際位置。這種預(yù)估能力確保了反饋力的及時(shí)調(diào)整，使用戶在與虛擬對(duì)象交互時(shí)感受到更加一致和自然的反饋。

14、可選地，所述確定所述預(yù)估位置對(duì)應(yīng)的預(yù)估反饋力，包括：

15、利用廣義-阻尼-質(zhì)點(diǎn)模型構(gòu)建用于所述觸覺設(shè)備與所述虛擬對(duì)象交互的繪制模型；

16、根據(jù)所述繪制模型確定所述預(yù)估位置對(duì)應(yīng)的預(yù)估反饋力。

17、本實(shí)施例利用廣義-阻尼-質(zhì)點(diǎn)模型構(gòu)建觸覺設(shè)備與虛擬對(duì)象交互的繪制模型。這一模型的應(yīng)用能夠更加真實(shí)地模擬物理現(xiàn)象，從而提供更為精確的交互體驗(yàn)。通過這一模型，能夠考慮到多個(gè)因素，如阻尼和質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用，提升了對(duì)虛擬對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的理解。接著，根據(jù)該繪制模型確定預(yù)估位置對(duì)應(yīng)的預(yù)估反饋力，確保了反饋力與用戶操作的實(shí)際情況緊密相關(guān)，使得用戶在交互過程中體驗(yàn)到更自然、更一致的觸覺反饋。

18、可選地，所述對(duì)所述預(yù)估反饋力進(jìn)行誤差判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果確定過渡反饋力，包括：

19、獲取所述觸覺設(shè)備在所述滯后時(shí)間時(shí)的滯后實(shí)際位置，以及基于所述位置變化量和所述滯后時(shí)間得到的所述觸覺設(shè)備的滯后預(yù)估位置；

20、基于所述滯后預(yù)估位置和所述滯后實(shí)際位置，確定所述觸覺設(shè)備對(duì)應(yīng)的位置誤差率；

21、在所述位置誤差率小于等于預(yù)設(shè)誤差閾值的情況下，將所述預(yù)估反饋力確定為所述過渡反饋力；

22、在所述位置誤差率大于預(yù)設(shè)誤差閾值的情況下，對(duì)所述預(yù)估反饋力進(jìn)行誤差修正，得到所述過渡反饋力。

23、本實(shí)施例通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)觸覺設(shè)備的滯后實(shí)際位置與滯后預(yù)估位置，確保能夠動(dòng)態(tài)檢測(cè)位置誤差率。在位置誤差率小于等于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，直接將預(yù)估反饋力作為過渡反饋力輸出，從而提供順暢自然的用戶體驗(yàn)；而當(dāng)誤差率大于閾值時(shí)，則進(jìn)行誤差修正，提升觸覺反饋的準(zhǔn)確性，顯著改善虛擬交互中的用戶體驗(yàn)。

24、可選地，所述在所述位置誤差率大于預(yù)設(shè)誤差閾值的情況下，對(duì)所述預(yù)估反饋力進(jìn)行誤差修正，得到所述過渡反饋力，包括：

25、獲取所述觸覺設(shè)備在所述滯后預(yù)估位置的滯后預(yù)估操作力、所述滯后實(shí)際位置的滯后實(shí)際操作力；

26、根據(jù)所述滯后預(yù)估操作力進(jìn)行動(dòng)力學(xué)求解得到滯后擬合反饋力，以及根據(jù)所述滯后實(shí)際操作力進(jìn)行動(dòng)力學(xué)求解得到滯后實(shí)際反饋力；

27、基于所述滯后預(yù)估操作力、所述滯后實(shí)際操作力、所述滯后擬合反饋力和所述滯后實(shí)際反饋力，利用預(yù)設(shè)的動(dòng)力學(xué)模型求解得到反饋力誤差補(bǔ)償量；

28、根據(jù)所述反饋力誤差補(bǔ)償量對(duì)所述預(yù)估反饋力進(jìn)行修正，得到所述過渡反饋力。

29、本實(shí)施例首先獲取觸覺設(shè)備在滯后預(yù)估位置和滯后實(shí)際位置的操作力，在此基礎(chǔ)上，通過動(dòng)力學(xué)求解分別得到滯后擬合反饋力和滯后實(shí)際反饋力，確保對(duì)設(shè)備反饋狀態(tài)的準(zhǔn)確建模。接著，利用預(yù)設(shè)的動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)所獲取的一些操作力和反饋力，計(jì)算出反饋力誤差補(bǔ)償量。這一補(bǔ)償量能夠有效修正預(yù)估反饋力，最終得到更為準(zhǔn)確的過渡反饋力。綜上所述，該過程實(shí)現(xiàn)了觸覺反饋的精確調(diào)整，提高了用戶體驗(yàn)，減少了因位置誤差導(dǎo)致的觸覺反饋延遲或不一致的問題。

30、可選地，所述根據(jù)所述反饋力誤差補(bǔ)償量對(duì)所述預(yù)估反饋力進(jìn)行修正，得到所述過渡反饋力，包括：

31、根據(jù)所述誤差補(bǔ)償量和所述預(yù)估反饋力，生成待修正反饋力；

32、對(duì)所述待修正反饋力進(jìn)行三次參數(shù)樣條曲線擬合，得到所述過渡反饋力。

33、本實(shí)施例通過結(jié)合誤差補(bǔ)償量和預(yù)估反饋力，生成待修正反饋力。接著，對(duì)待修正反饋力進(jìn)行三次參數(shù)樣條曲線擬合，有助于平滑過渡反饋力的變化，減少突兀感和不自然的反饋。通過這種擬合方式，可以實(shí)現(xiàn)更流暢的觸覺反饋，使用戶在交互時(shí)感受到更自然和真實(shí)的體驗(yàn)。

34、可選地，所述動(dòng)力學(xué)模型為：

35、

36、

37、

38、其中，f操作為觸覺設(shè)備在滯后預(yù)估位置p(k+1)t的滯后預(yù)估操作力；f輸入為觸覺設(shè)備在滯后實(shí)際位置的滯后實(shí)際操作力；fδ為滯后實(shí)際操作力與滯后預(yù)估操作力的操作力誤差補(bǔ)償量；f預(yù)估為根據(jù)滯后預(yù)估操作力f操作進(jìn)行動(dòng)力學(xué)求解得到的滯后擬合反饋力；f反饋為根據(jù)滯后實(shí)際操作力進(jìn)行動(dòng)力學(xué)求解得到的滯后實(shí)際反饋力；fδ為滯后實(shí)際反饋力與滯后預(yù)估操作力的反饋力誤差補(bǔ)償量；m為質(zhì)量矩陣；b為阻尼矩陣；g為剛度矩陣；q為虛擬對(duì)象的實(shí)際位移，為虛擬對(duì)象的實(shí)際速度；為虛擬對(duì)象的實(shí)際加速度；為虛擬對(duì)象的預(yù)估位移，為虛擬對(duì)象的預(yù)估速度；為虛擬對(duì)象的預(yù)估加速度；k為滯后時(shí)間；u為平滑時(shí)間；t為采樣周期；t為采樣時(shí)刻。

39、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種數(shù)字孿生交互裝置，應(yīng)用于數(shù)字孿生交互系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括觸覺設(shè)備、虛擬對(duì)象、動(dòng)力學(xué)解算伺服和力反饋輸出伺服；所述裝置包括：

40、位置變化獲取模塊，用于獲取所述觸覺設(shè)備在采樣周期中與所述虛擬對(duì)象交互的位置變化量；

41、預(yù)估位置生成模塊，用于基于所述位置變化量、所述動(dòng)力學(xué)解算伺服的滯后時(shí)間以及所述力反饋輸出伺服的平滑時(shí)間，生成所述觸覺設(shè)備的預(yù)估位置；

42、預(yù)估反饋力確定模塊，用于確定所述預(yù)估位置對(duì)應(yīng)的預(yù)估反饋力；

43、誤差判斷模塊，用于對(duì)所述預(yù)估反饋力進(jìn)行誤差判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果確定過渡反饋力；

44、目標(biāo)反饋力確定模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的映射系數(shù)對(duì)所述過渡反饋力進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到所述虛擬對(duì)象對(duì)所述觸覺設(shè)備的目標(biāo)反饋力。

45、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：

46、存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器和所述處理器之間互相通信連接，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，所述處理器通過執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)指令，從而執(zhí)行上述所述的數(shù)字孿生交互方法。

47、第四方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述所述的數(shù)字孿生交互方法。