[发明专利]基于人机工程仿真分析的三维装配工艺示教方法及系统

权利要求书

1.基于人机工程仿真分析的三维装配工艺示教方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.构建装配工艺工序显示组件数据库，包括装配工序树、装配注意说明指示、MBD模型数据、装配过程动画；

步骤2.根据基于MBD的机械产品零部件专用标注规范，利用建模软件中MBD模块标注指定产品，形成MBD模型数据；

步骤3.基于人机工程仿真分析按照装配工艺工步要求完成基于人机工程仿真分析后形成的装配顺序和装配路径数据，具体实现方法如下：

(3.1)将待装配工件使用有色标签进行标记，标签颜色作为该工件MBD模型数据的一个参数；

(3.2)使用工业相机采集工件装配过程图像，并利用工件标签颜色特征从图像中提取标签的二值图像，识别所对应的工件，记录工件的装配顺序；

(3.3)对二值图像进行几何中心平均，即可得到装配工件当前位置的坐标点；

(3.4)由相机采集的图像的连续帧得到工件的连续图像坐标点，再对图像坐标点做坐标变换，得到工件在世界坐标系下的坐标值，所有世界坐标系下的坐标点构成工件装配路径点集，即为装配路径数据；

(3.5)最后将每个装配工件的装配路径进行封装，获得所需格式的装配路径数据文件，把各工件的装配顺序和装配路径数据文件与MBD模型相关联；

步骤4.利用步骤3形成的装配顺序和装配路径数据通过机构运动学算法生成装配过程动画；

步骤5.将制作完成的MBD模型数据、装配过程动画导入装配工艺工序显示组件数据库并形成关联；

步骤6.通过基于装配工艺工序显示组件数据库的软件前端界面开发，实现三维装配工艺示教展示。

2.如权利要求1所述的基于人机工程仿真分析的三维装配工艺示教方法，其特征在于：步骤4的具体实现方法如下：

(4.1)基于步骤3中提取的规范装配动作下的工件装配移动路径数据点，用基于正交多项式的最小二乘拟合法拟合生成移动轨迹线；以某个工件的装配路径数据点集A＝{x_i,y_i,z_i}(i＝0,1,2,...m)为例，移动轨迹线的生成方法为：

1)将三维空间的数据点集A向二维坐标平面XY投影，得到点集B＝{x_i,y_i}(i＝0,1,2,...m)，并记f(x_i)＝y_i，再向二维坐标平面XZ投影，得到点集C＝{x_i,z_i}(i＝0,1,2,...m)，并记f(x_i)＝z_i；

2)对点集B和C，分别用正交多项式做最小二乘曲线拟合，所拟合的曲线设为式中{P_n(x)}(n＝m)是带权ω(x)≡1的正交多项式，用递推公式表示为：

其中上式中的α_k和β_k的计算公式为：

上式中(P_k,P_k)和(P_k-1,P_k-1)是内积计算，计算法则为

3)计算正交多项式系数

(4.2)将步骤(1)中的XY坐标平面和XZ坐标平面中的拟合轨迹线以Δx为离散间距离散为h个节点，每个节点表示为(x_i,S_A(x_i),S_B(x_i))(i＝0,1,2,...,h)，计算一系列节点的相对坐标值，计算方法为：并表示为(△x_i,△y_i,△z_i)；

(4.3)基于步骤(4.2)中的轨迹线节点相对坐标值，计算工件移动轨迹线长度计算得到同一工件的多条移动轨迹线中的最短轨迹线

(4.4)在三维仿真空间中，建立仿真运动控制算法，控制仿真模型按照步骤3的装配顺序和步骤4中的最短轨迹线的离散点进行移动，生成装配动画。