[發明專利]一種裝配體的自動拆卸方法

有效

• 申請號: 201310225943.X
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103279621A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 郭建偉;嚴冬明;孟維亮;張曉鵬;董未名
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于裝配體的拆卸和計算機圖形處理的交叉技術領域，具體涉及基于計算機圖形處理對裝配體的各部件的分解次序和分解運動方向進行計算來自動拆卸裝配體的方法。本發明利用三維形狀的幾何特征進行形狀分析和理解，特別是對三維形狀進行高層結構提取和對單個部件運動分析。

背景技術

在制造業領域，拆卸是實現產品升級維護和更新換代的必要手段，它可以使產品的零部件材料得到充分有效的利用，可以回收，減少對材料資源和能源的需求。目前的拆卸過程都是由人工手動完成的，而復雜的裝配體往往由很多零部件組成，如何理解零部件之間的空間連接關系，從而得到正確的拆卸步驟和拆卸方向是一個非常耗時的過程。因此，對裝配體的三維模型進行層次結構信息提取和運動分析，并運用分析的結果對裝配體進行自動拆卸的方法，具有很大的理論價值和實際應用價值。

另一方面，隨著圖形硬件速度的加快和3D掃描設備的普及，三維模型的數量和質量的不斷提高，人們認為第四代數字多媒體，即數字幾何的時代已經到來。如何分析和理解三維模型中蘊含的語義信息，以便更加有效地處理和使用三維模型，以及利用語義信息合成新的三維模型，逐漸成為幾何處理領域所關注的最新熱點。

Agrawala(M.Agrawala，D.Phan，J.Heiser，J.Haymaker，J.Klingner，P.Hanrahan，B.Tversky，Designing?effective?step-by-step?assembly?instructions，ACM?TOG(Proc.SIGGRAPH)22(3)(2003)828-837.)提出了一種自動生成裝配序列的方法。該方法結合了規劃技術和展示技術，通過計算部件之間的遮擋關系來計算部件分解方向和距離，生成單步裝配操作示意圖，但是該方法中的部件只能沿3個主軸方向運動。

Li(W.Li，M.Agrawala，B.Curless，D.Salesin，Automated?generation?ofinteractive3D?exploded?view?diagrams，in：ACM?TOG(Proc.SIGGRAPH)，Vol.27，2008，pp.101：1-101：7.)提出了一種生成爆炸圖來展示裝配體部件空間關系的方法。該方法構造一個遮擋關系圖，根據部件的遮擋關系推斷部件的運動方向，并且提供了一種交互的手段允許用戶觀察感興趣的部件。但是在該方法中，模型的層次結構是事先通過手動分割構造的，同時部件也只能沿3個主軸方向運動。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提供一種裝配體的自動拆卸方法，以解決現有的裝配體的拆卸方法不能夠計算非主軸的拆卸方向，無法用于復雜的裝配體的拆卸的缺點。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供的一種裝配體自動拆卸方法，包括如下步驟：S1、根據裝配體的實際結構和形狀生成與該裝配體相應的數字化三維模型；S2、對所述模型進行形狀分析以將其分割成多個部件，建立各部件的有向接觸關系，并計算各部件之間的遮擋關系；S3、利用所述各部件的幾何特征計算模型的層次結構，將模型劃分為若干子裝配體模型，并計算各子裝配體模型的分解方向；S4、根據所述遮擋關系和模型層次結構計算模型的分解序列，該分解序列包括部件的分解次序和分解運動方向；S5、根據所述分解序列獲得所述裝配體的各部件的拆卸次序和拆卸方向，完成對所述裝配體的物理拆卸。

根據本發明的一種具體實施方式，所述步驟S1通過三維建模軟件進行幾何建模得到的三維模型。

根據本發明的一種具體實施方式，所述步驟S2包括：S2.1、利用頂點擴展的方法將三維模型分割成多個不同的部件；S2.2、提取每個部件的尖銳邊，利用尖銳邊將每個部件分割成多個面片，然后對面片進行曲面擬合，并對面片按照其法向量進行聚類，獲得每個部件的初始可分離方向集；S2.3、檢測各部件之間的接觸關系，得到各部件的接觸面；S2.4、對各部件之間的接觸面進行擬合，得到三維模型的有向接觸關系；S2.5、根據各部件之間的有向接觸關系，計算各部件之間的遮擋關系。

根據本發明的一種具體實施方式，所述有向接觸關系表示為有向接觸關系圖，該有向接觸關系用節點代表一個部件，用邊代表對應的兩個部件之間存在接觸關系，每條邊由兩條有向半邊組成，所述接觸面的擬合面的法向量存儲在對應的有向半邊中。

根據本發明的一種具體實施方式，在步驟S2.3中，通過計算每兩個部件之間的最小距離來判斷兩個部件是否接觸。