[發明專利]一種凸殼橡皮筋模擬二維產品緊湊布局的變節拍操作方法

有效

• 申請號: 201610692002.0
• 申請日: 2016-08-17
• 公開（公告）號: CN106326539B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 魯娟;廖小平
• 申請（專利權）人: 欽州學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 歐陽波

本發明為一種凸殼橡皮筋模擬二維產品緊湊布局的變節拍操作方法，橡皮筋環繞n個凸殼構成凸殼橡皮筋模型,主要步驟為：計算n個凸殼的內接圓中最小直徑d；n個凸殼的面積之和S、時間節拍、T_t初始時刻模型面積S_t及據橡皮筋彈性張力估算各凸殼的初始平均速度根據凸殼數量和形狀選取k值,d和L_t中較小的值與k的乘積為當前節拍距離D_Tt。時間時間節拍T_t＝δT_t’。基于T_t，計算各凸殼的運動軌跡，得到本時間節拍結束時各凸殼的位置；檢查是否為緊湊布局，是則結束，否則繼續。本發明D_T為參照設置變節拍T_t，有效地減少所需節拍數，提高緊湊布局設計效率，提供了機械產品設計輕量化和精量化的高效方法。

技術領域

本發明涉及凸殼橡皮筋模擬二維產品緊湊布局技術，具體為一種凸殼橡皮筋模擬二維產品緊湊布局的變節拍操作方法。

背景技術

設備機械組件布局與優化是在滿足設備性能優良的前提下，在盡量小的空間中緊湊布局一系列組件，是產品設計輕量化和精量化的關鍵內容。

目前求解布局問題的方法有很多，但均僅適用于特定問題的求解，且容易陷入局部最優。對于復雜的布局問題，往往需要幾種啟發式方法組合才能解決，其求解過程比較復雜。

基于物理學的凸殼橡皮筋模擬緊湊布局方法是把包含在布局空間的各組件簡化成凸殼，橡皮筋環繞凸殼，橡皮筋彈性力施加于其環繞的凸殼，使之產生移動、碰撞后旋轉與滑移，橡皮筋所圍面積減少，即各凸殼趨于緊湊的布局。此方法容易實現數字化、智能化。

計算機模擬橡皮筋二維產品的組件緊湊布局的方法，假設各組件凸殼的運動無摩擦、每一節拍內橡皮筋張力為常量、凸殼相互無重疊、凸殼位置不交換(即無穿透)、凸殼接觸后無回彈力，凸殼接觸產生的力矩和力導致凸殼的旋轉、滑移或者二凸殼粘貼在一起平移。模擬過程中最為關鍵的是凸殼之間的碰撞檢測與碰撞響應。在以上假設條件下，為了減少碰撞響應的處理復雜度，設定模擬過程按照時間節拍完成碰撞檢測與碰撞響應。即把各凸殼的運動過程按給定的短的時間段逐個處理，一個時間段稱為一個時間節拍，對每個時間節拍進行碰撞檢測，并求解出碰撞時刻以及處理碰撞前后的運動過程。若時間節拍設置過短，可能經過多個時間節拍才能碰撞，造成對相同運動形式的重復分析與運算；若時間節拍選取過長，則一個時間節拍內產生碰撞的凸殼會較多，或者產生凸殼位置互換(穿透)將增加計算和復雜度和分析判斷難度，甚至模擬計算失效。如何確立一個合理的時間節拍是橡皮筋模擬設計成功的最重要的技術關鍵問題之一。現有的時間節拍設定只能根據人工經驗和零件運動中的碰撞深度粗略估計給定的，并沒有具體的操作方法。這就使橡皮筋模擬設計過程中無法有效地減少時間節拍內凸殼碰撞次數，增大了模擬過程的復雜性，也使橡皮筋模擬布局設計的效率無法提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種凸殼橡皮筋模擬二維產品緊湊布局的變節拍操作方法把凸殼運動過程中的時間節拍T轉換為根據節拍距離D_Tt而確定的變時間節拍T_t，D_Tt隨該變時間節拍起始時的面積的變化而變化，T_t也隨D_Tt變化，按變時間節拍T_t對凸殼橡皮筋模型凸殼的運動過程進行檢測分析，有效地減少達到緊湊布局所需的時間節拍數，提高橡皮筋模擬二維產品緊湊布局設計的效率。

本發明設計一種凸殼橡皮筋模擬二維產品緊湊布局的變節拍操作方法，所述凸殼橡皮筋模擬二維產品緊湊布局將布局空間內的各組件分別簡化成二維的凸殼，橡皮筋環繞在各凸殼外圍，構成凸殼橡皮筋模型，該模型的橡皮筋的彈性力施加于與橡皮筋接觸的各凸殼，使凸殼產生移動、碰撞后旋轉與滑移，最終得到產品的緊湊布局。