[发明专利]虚拟装配仿真中基于多因素成本引导的装配路径规划方法

说明书

本发明公开了虚拟装配仿真中基于多因素成本引导的装配路径规划方法，包括以下步骤：1、建立虚拟装配三维环境，并设定装配路径的搜索空间边界，确定限制装配路径搜索的范围，设置规划初始参数；2、在装配路径搜索空间内，以待装配零件的初始状态为根节点，以多因素路径成本为引导，结合快速搜索随机树算法进行装配路径搜索及扩展；3、路径树扩展到待装配零件目标状态的临近空间内，路径搜索结束，并获得一条完整的从初始状态到目标状态的装配路径。本发明以路径距离、路径拐点转角、待装配件旋转运动角为主要因素构建装配路径多因素成本模型，以多因素路径成本引导每一步局部装配路径朝着成本相对最低的方向生长，从而获得整体优化装配路径。

所属技术领域

本发明专利涉及虚拟装配路径规划领域，具体涉及一种基于多因素成本引导的装配路径 规划方法。

背景技术

在虚拟装配环境下对装配体的零部件进行装配路径规划，生成一条由装配起点到装配终 点的无碰撞且有效的运动路径，此路径规划技术可用于产品结构设计、装配工艺设计(如验 证装配体结构设计是否合理，装配序列规划结果是否可行)，以及操作培训等领域。在相邻位 姿间有旋转约束要求的装配路径规划中，为获得平滑的装配运动路径，应避免发生“急转” 现象，这里的“急转”包含两层含义：一、平移运动造成的“急转”，二、零部件绕自身轴线 旋转运动造成的“急转”。这要求计算得到的路径点不仅包含零部件在空间中的三维坐标信息， 还应包含三维旋转信息，并且保证相邻运动的平移分量之间的夹角在设定范围内，同时保证 相邻位姿之间的旋转变化量在允许的范围内。

在众多规划算法中，快速搜索随机树法(Rapidly exploring random trees，简称RRT) 无需对状态空间进行精确地计算而是利用随机性来处理C空间，搜索速度快，广泛应用于复 杂高维环境下的运动规划问题。而在现有的文献记录中，尚未有综合考虑并同时解决这两种 “急转”的装配路径规划方法，其困难主要体现在两个方面：一、平移运动造成的“急转” 可通过修剪路径，减少路径节点而得以改善，但相比于修剪前的路径，相邻位姿发生改变， 反而会造成第二种“急转”。二、可通过加大引导路径生成的距离度量值中的旋转分量权重， 而改善相邻位姿之间的旋转变化量大而造成的“急转”，与此同时会使得路径搜索效率降低， 路径节点增多，路径长度增加，且容易导致发生平移运动造成的“急转”。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种基于多因素成本引导的装配路径规划方法，在虚拟装配 环境下，提高装配件装配路径解的质量，提高装配运动的平稳性。

本发明专利为了实现上述目的，构建了以路径距离、路径拐点转角、待装配件旋转运动 角为主要因素的路径成本模型，并将该模型与RRT算法结合，形成基于多因素成本引导的装 配路径规划方法。

为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种虚拟装配仿真中基于多因素成本引导的装 配路径规划方法，包括以下步骤：

S1、建立虚拟装配三维环境，确定装配路径搜索空间，并设置装配路径规划初始参数：

建立虚拟装配环境的三维模型，该装配环境可以为整个装配车间环境，也可以为待装配 件所在的局部装配环境，确定待装配件的装配路径搜索空间；

确定待装配零件初始状态及目标状态，包括待装配件在搜索空间内的位置及姿态；

将上述虚拟装配环境、装配路径搜索空间、待装配零件初始状态及目标状态作为装配路 径规划初始参数；

S2、在装配路径搜索空间内，以待装配零件的初始状态为根节点，以多因素路径成本为 引导，结合快速搜索随机树算法进行装配路径搜索及扩展，具体为：

S201、在装配路径搜索空间内进行均匀随机采样并获得M个采样点；