[发明专利]基于并行树搜索的桁架装配序列规划方法

说明书

本发明提出基于并行树搜索的桁架装配序列规划方法，包括以下步骤：步骤S1：根据目标桁架结构生成无向图，对各个杆件赋予相应的权重，存储于并行树搜索的主模式中；步骤S2：根据桁架结构建立若干个子模式及对应的根结点，各子模式分别扩展多叉树，逐层生成叶子结点；步骤S3：判断各子模式的最优解是否产生冲突，并由主模式中的判别机制进行选择决策；步骤S4：各子模式将得到的最优叶子结点信息返回主模式，主模式将已连接的杆件对应的序列号设置为不可读状态；步骤S5：子模式逐步扩展到无可扩展的杆件列表时，由主模式判断目标桁架结构是否被完全扩展，由此判断是否结束搜索程序；本发明能够快速有效的获取符合稳定性要求的桁架并行装配序列。

技术领域

本发明涉及多机器人协同装配技术领域，尤其是基于并行树搜索的桁架装配序列规划方法。

背景技术

目前，工业机器人已逐步取代人类完成生产过程中枯燥的、危险的作业任务。然而，随着人类制造应用需求陡增，单一机器人的作业功能单一，效率低下，逐渐无法满足生产作业需求，因此，多机器人协作的理论和应用的发展成为必然。同时，低时延高速率海量数据的5G时代的到来，通信效率和壁垒被进一步打通，加速了多机器人应用在交互操作性、自主性和人机协同方面的不断提升。针对大型复杂结构体装配，多机器人协同装配可以大幅度提升装配效率，作为多机器人协作装配的基础，并行装配序列规划成为研究热点。由于蚁群算法的分布式特点，目前已有的机械装配体的并行装配序列规划主要建立在蚁群算法的基础上。然而，针对机械装配体的并行装配序列规划方法并不适用于桁架结构的并行装配，而基于树搜索的桁架装配序列规划方法可以有效获取符合稳定性要求的桁架装配序列，在此基础上，为了缩短基于树搜索的桁架装配序列规划面对复杂桁架结构的装配序列规划计算时间，可以对搜索树进行并行化。搜索树的并行化总共有三种方式，分别是叶并行化、根并行化和树并行化，目前叶并行化被证明是最弱的并行化方法，而根并行化则是并行化搜索树的最佳方式。

发明内容

本发明提出基于并行树搜索的桁架装配序列规划方法，能够快速有效的获取符合稳定性要求的桁架并行装配序列。

基于并行树搜索的桁架装配序列规划方法，包括以下步骤：

步骤S1：根据目标桁架结构生成桁架连接关系无向图，并根据连接关系无向图所包含的连接关系对桁架结构的各个杆件赋予相应的权重，存储于并行树搜索的主模式中；

步骤S2：根据桁架结构建立若干个并行树搜索的子模式及对应的根结点，各子模式依据广度优先原则分别扩展多叉树，从根结点开始逐层生成叶子结点；

步骤S3：判断各子模式扩展到的最优解是否产生冲突，将冲突信号传递至主模式，由主模式中的判别机制进行决策，选择可用于输出装配序列的子模式最优解；

步骤S4：各子模式将得到的最优叶子结点信息返回主模式，主模式将已连接的杆件对应的序列号设置为不可读状态；

步骤S5：子模式逐步扩展到无可扩展的杆件列表时，由主模式判断目标桁架结构是否被完全扩展，由此判断是否结束搜索程序。

所述步骤S1具体为：主模式读取桁架数据文档；遍历桁架数据构建桁架连接关系无向图，依输入顺序为杆件编制序号，且该序号将沿用至输出时的序列;根据连接关系无向图，以各杆件连接杆件数值作为对应杆件的权重，生成杆件序号与相应的权重列表。

所述杆件的权重值为各杆件所需连接的其它杆件数；所述桁架结构中，桁架结构内层的杆件连接关系复杂度大于桁架结构外层，即靠近桁架结构内部的杆件所需连接的其它杆件数大于靠近桁架结构的外部杆件所需连接的其它杆件数。

所述步骤S2具体为：将主模式中桁架的杆件实例化为多叉树的结点，并根据桁架结构特征及复杂程度确定根节点数量，即子模式个数；建立主模式与各子模式之间的通信；根据桁架的连接关系和结构的稳定性生成可扩展的桁架序号列表；在可扩展的桁架列表中选择稳定性值与权值最高的杆件序号作为最优解。