[發明專利]一種擺角銑頭裝配序列規劃演示系統及方法

在審

• 申請號: 202010967222.6
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112231969A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 趙永勝;蘇李航;曹子睿
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F111/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種擺角銑頭裝配序列規劃演示系統，其特征在于包括擺角銑頭零部件信息模塊、擺角銑頭裝配序列規劃模塊、擺角銑頭虛擬裝配仿真及體驗模塊；

所述擺角銑頭零部件信息模塊包含擺角銑頭零部件三維模型信息與擺角銑頭零部件裝配信息，其中所述擺角銑頭零部件三維模型信息主要包含擺角銑頭各個零部件三維模型；所述擺角銑頭零部件裝配信息包括擺角銑頭零部件裝配方向信息、擺角銑頭零部件裝配工具信息、擺角銑頭零部件裝配干涉信息、擺角銑頭零部件裝配連接信息、擺角銑頭零部件裝配支撐信息；其中，所述擺角銑頭零部件裝配方向信息主要包含擺角銑頭零部件在裝配過程中所沿裝配方向信息；所述擺角銑頭零部件裝配工具信息主要包含擺角銑頭零部件在裝配工程中所用裝配工具信息；所述擺角銑頭零部件干涉信息主要包含擺角銑頭零部件在某一方向上進行裝配時與其他零件的裝配干涉信息；所述擺角銑頭零部件裝配連接信息主要包含擺角銑頭各個零部件之間的連接關系信息；所述擺角銑頭零部件裝配支撐信息主要包含擺角銑頭各個零部件之間支撐關系信息；

所述擺角銑頭裝配序列規劃模塊包含擺角銑頭裝配信息矩陣與擺角銑頭裝配序列規劃，其中所述擺角銑頭裝配信息矩陣用于將所述擺角銑頭零部件裝配信息轉化為編程語言可識別的信息矩陣形式存儲并用于擺角銑頭裝配序列規劃；所述擺角銑頭裝配序列規劃用于將擺角銑頭裝配序列通過遺傳粒子群混合算法實現迭代尋優，并將最優擺角銑頭裝配序列存儲；

所述擺角銑頭虛擬裝配仿真及體驗模塊包含擺角銑頭虛擬裝配仿真與用戶VR體驗，其中，所述擺角銑頭虛擬裝配仿真用于按照擺角銑頭裝配序列仿真模塊所存儲的擺角銑頭裝配最優序列對擺角銑頭零部件進行裝配過程仿真演示；所述用戶VR體驗用于將虛擬裝配仿真過程與所存儲最優裝配序列呈現于虛擬環境，讓用戶對擺角銑頭裝配過程獲得更深層次的理解。

2.一種擺角銑頭裝配序列規劃演示方法，其特征在于，按照以下步驟實施：

步驟1)將擺角銑頭零部件三維模型與裝配信息存儲到零部件裝配信息模塊中：

步驟1.1)將擺角銑頭零部件三維模型信息存儲到零部件三維模型信息庫；

步驟1.2)將擺角銑頭零部件裝配過程所沿最優方向信息存儲到零部件裝配方向信息庫；

步驟1.3)將擺角銑頭零部件裝配過程所用裝配工具信息存儲到零部件裝配工具信息庫；

步驟1.4)將擺角銑頭零部件沿某一方向進行裝配時與其他零件的裝配干涉信息存儲到零部件裝配干涉信息庫；

步驟1.5)將擺角銑頭零部件之間連接關系信息存儲到零部件裝配連接信息庫；

步驟1.6)將擺角銑頭零部件之間支撐關系信息存儲到零部件裝配支撐信息庫；

步驟2)將擺角銑頭零部件信息模塊中擺角銑頭零部件三維模型及其對應索引號轉存至擺角銑頭虛擬裝配仿真及體驗模塊；

步驟3)將擺角銑頭零部件信息模塊中擺角銑頭零部件三維模型對應索引號與由裝配信息轉換的編程語言可識別的標準矩陣格式一并存儲到擺角銑頭裝配序列規劃模塊；

步驟4)根據擺角銑頭零部件裝配信息矩陣使用遺傳粒子群混合算法進行擺角銑頭零部件裝配序列的尋優規劃；

步驟4.1)粒子群算法重定義，對粒子群算法中粒子進行重新定義，每個粒子代表了存儲在其中的擺角銑頭裝配序列；粒子i的位置向量P_i(t)＝{P_i(1),P_i(2),P_i(3),...P_i(N)}，表示擺角銑頭裝配體的一個裝配序列，裝配順序為P₁,P₂,P₃,...P_n，n為零件個數；粒子i的速度向量V_i(t)＝{V_i(1),V_i(2),V_i(3),...V_i(N)}，表示擺角銑頭一組零件的裝配順序的變換；

步驟4.2)建立遺傳粒子群混合算法適應度函數，定義擺角銑頭裝配干涉次數ng、不穩定支撐次數ns、裝配工具變換次數nt、裝配方向變換次數nd、不穩定連接次數nc為影響擺角銑頭裝配總時長根本因素；n代表實現擺角銑頭裝配流程中各種變更次數，u代表總的擺角銑頭裝配時間中各種次數所占權重，且u_g+u_s+u_t+u_d+u_c＝1，適應度函數如下：F＝n_gu_g+n_su_s+n_tu_t+n_du_d+n_cu_c；

步驟4.3)設置粒子種群數量m，最大迭代次數t_max，各權重u，初始化算法，隨機生成m組擺角銑頭裝配序列，利用所述適應度函數計算每個粒子適應度值，將適應度值最小裝配序列設為粒子個體初始最優裝配序列，比較所有粒子適應度值選取最小適應度值粒子將其擺角銑頭裝配序列設為全局初始最優擺角銑頭裝配序列；

步驟4.4)與個體最優擺角銑頭裝配序列交叉更新，在[1,n]中隨機生成兩個值a1與a2產生一個交叉位，提取出個體最優序列中a1到a2序列形成交叉區域矩陣并將其放置在序列前端，重新計算序列適應度值并于交叉更新前適應度值比較，若更優則更新個體擺角銑頭最優裝配序列；

步驟4.5)與全局最優擺角銑頭裝配序列交叉更新，在[1,n]中隨機生成兩個值b1與b2產生一個交叉位，提取出全局最優序列中b1到b2序列形成交叉區域矩陣并將其放置在序列前端，重新計算序列適應度值并于交叉更新前適應度值比較，若更優則更新全局擺角銑頭最優裝配序列；

步驟4.6)變異更新，在[1,n]中隨機生成兩個值c1與c2，將序列中c1與c2對應零部件編號對換形成新的擺角銑頭裝配序列，重新計算擺角銑頭裝配序列適應度值并與更新前適應度值比較，若更優則更新擺角銑頭最優裝配序列；

步驟4.7)完成交叉變異更新后比較所有個體適應度值，選取最小個體適應度值與全局最小適應度值比較，若更小則更新全局擺角銑頭最優裝配序列；

步驟4.8)判斷迭代次數t是否達到最大迭代次數t_max，否，則返回步驟4.4)進行下一輪更新迭代，是，則輸出全局擺角銑頭最優裝配序列；

步驟5)將擺角銑頭零部件三維模型按照步驟4所得到的全局最優裝配序列進行虛擬裝配仿真并載入到VR虛擬環境供用戶體驗；

步驟5.1)根據步驟2獲得的擺角銑頭零部件三維模型及其索引號按照步驟4所獲得的全局最優裝配序列進行虛擬裝配仿真，實現對該裝配序列的可行性驗證；

步驟5.2)將擺角銑頭虛擬裝配仿真過程與最優擺角銑頭裝配序列上傳載入到VR虛擬環境供用戶進行更深層次的體驗。