[發明專利]一種智能裝配序列規劃方法

有效

• 申請號: 201410342625.6
• 申請日: 2014-07-17
• 公開（公告）號: CN104122796B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 王鵬;湯志鵬;陶晶;任超
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 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

1.一種智能裝配序列規劃方法，包括如下步驟：

建模步驟，所述建模步驟包括：建立空間干涉矩陣R和裝配效率干涉矩陣P，以及建立目標函數；

推導步驟，所述推導步驟包括：用置換矩陣表示裝配序列，將目標函數轉換成矩陣形式，推導目標函數梯度表達式，以及搜索參數極值；以及

迭代求解步驟，所述迭代求解步驟包括：基于“漸進非凸與凹過程”優化框架對裝配序列規劃問題進行迭代求解，以及將求解出來的置換矩陣結果轉化成裝配序列，

其中，在建立空間干涉矩陣R和裝配效率干涉矩陣P的步驟中，對于待裝配體，根據各子零件間的裝配關系，建立空間干涉矩陣R和裝配效率干涉矩陣P；其中所述空間干涉矩陣R和裝配效率干涉矩陣P分別如下所示：

R=r11r12...r1nr21r22...r2n............rn1rn2...rnnP=p11p12...p1np21p22...p2n............pn1pn2...pnn;]]>

其中，n表示裝配體由n個零件構成，i和j分別表示編號為i和j的零件，空間干涉矩陣中的元素r_ij表示安裝了第i個零件后，對安裝第j個零件所造成的空間干涉情況；裝配效率干涉矩陣中的元素p_ij表示安裝了第i個零件后，緊接著安裝第j個零件對裝配效率造成的影響；其中，r_ij和p_ij根據實際裝配體零件間的裝配關系來設定；

在建立目標函數的步驟中，對于裝配體的裝配序列，建立相應的目標函數對其進行評價；其中所述目標函數如下所示：

f=Σi=1nΣj=i+1nrAiAj+Σi=1npAi-1Ai;]]>

其中，A_i表示在裝配序列中，第i個零件的零件編號，和分別表示空間干涉矩陣與裝配效率干涉矩陣中對應下標的元素值，f為目標函數值；

在推導步驟中，將裝配序列利用置換矩陣的形式表達，并將目標函數轉換成矩陣形式；其中所述矩陣形式的目標函數如下所示：

F(X)＝tr(XR(Z₁X)^T)+tr(XP(Z₂X)^T)；

其中，X表示裝配序列的置換矩陣表達形式，R表示裝配體的空間干涉矩陣，P表示裝配體的裝配效率矩陣，Z₁和Z₂如下式所示：

在基于“漸進非凸與凹過程”優化框架對裝配序列規劃問題進行迭代求解的步驟中，采用“漸進非凸與凹過程”優化框架對裝配序列規劃問題進行迭代求解，具體步驟包括：

步驟41：設定初始參數，將迭代參數設為1，矩陣X設為所有元素值均為1/n的n×n的矩陣；

步驟42：檢測參數值和矩陣X，如果或者X屬于置換矩陣，跳轉至步驟47；

步驟43：檢測矩陣是否收斂，如果收斂則跳轉步驟46；

步驟44：使用匈牙利算法求解下式中的矩陣Y：

其中，的表達式如下所示：

步驟45：求解下式中的α：

其中滿足：0≤α≤1；

并令X＝X+α(Y-X)，跳轉至步驟43；

其中，將化簡為關于α的二次函數結果如下：

其中，

A₁＝tr((Y-X)R(Y-X)^TZ₁^T+(Y-X)P(Y-X)^TZ₂^T)；

A₂＝tr((Y-X)^T(Y-X))；

B₁＝tr((XR(Y-X)^T+(Y-X)RX^T)Z₁^T+(XP(Y-X)^T+(Y-X)PX^T)Z₂^T)；

B₂＝tr(X^T(Y-X)+(Y-X)^TX)；

C為常量；

化簡為關于α的二次函數之后，利用二次函數求取極值的方法求解α；

步驟46：令跳轉至步驟42，其中，的值在迭代過程中動態設置；

步驟47：輸出置換矩陣X；

在將求解出來的置換矩陣結果轉化成裝配序列中，將求解出來的置換矩陣轉化成零件編號序列，即為裝配體裝配序列規劃的結果。

2.一種智能裝配方法，將如權利要求1所述的智能裝配序列規劃方法編程到流水線的中央控制電腦中，通過輸入初始條件和參數信息，所述流水線的中央控制電腦自動對最優結果進行運算求解，并生成如權利要求1所述的智能裝配序列規劃方法規劃的裝配序列來對待裝配體進行裝配；其中，所述初始條件包括需要裝配的零件，以及零件之間的相互裝配關系。