[发明专利]基于树图模型的水轮发电机组虚拟装配建模方法和系统

摘要

本发明公开了一种基于“树-图”模型的水轮发电机组虚拟装配建模方法，用于水轮发电机组虚拟装配仿真。本发明采用装配树与语义关系图相独立的方式来表达水轮发电机组的层次结构以及零部件之间的语义关系，根据水轮发电机组的设计结构以二叉树的形式构建层次装配树，实现零部件的结构层次化，根据零部件之间的语义约束关系以二分图的形式构建语义关系图。本文还公开了一种基于上述建模方法的引导用户交互的语义识别与解算方法以及最终的水轮发电机组虚拟装配仿真系统。相比现有技术，本发明具有装配模型轻量化，交互智能化，交互效率高的优点，适用于各类水轮发电机组的虚拟装配仿真实现。

主权项

1.一种基于树图模型的水轮发电机组虚拟装配建模方法，用于水轮发电机组虚拟装配仿真，包括如下步骤：(1)构建装配树，用于表示待装配零件的装配层次与装配顺序，包含以下要素：要素1：水轮发电机组的装配过程可分割成多个装配的动作，每一个装配动作就是将两个零件或者子装配体按照装配约束条件组合起来的过程，反映在装配树上就是两个装配结点合并成一个装配结点；要素2：装配树有3种结点：root结点表示根结点，代表水轮发电机组整体模型；Sub-Assembly结点表示子结点，代表装配过程中形成的部件；part结点表示叶子结点，代表待装配的零件；要素3：装配树中的边表示结点之间的从属关系；要素4：装配树中结点的标号体现装配模型的层次结构以及同层次零部件之间的装配顺序；要素5：装配树推进规则：当仅当本层的所有结点都完成装配后装配的层次向上推进一层，直至到达根结点结束；(2)构建语义关系图，用于表示零部件之间的装配关系，包含以下几个要素：要素1：语义关系图中的结点对应的是语义类型结点和装配树中的叶子结点，边代表结点和语义关系之间的从属关系，而零件和零件之间没有从属关系，语义和语义之间也没有从属关系，所以关系图在结构上是一个二分图，其中语义关系图中的语义类型结点，表示与该语义类型结点关联的零件之间的装配关系，采用装配语义模型，经过实例化成为语义实例存入语义库中；要素2：用邻接矩阵表示该二分图，行向量表示与该语义相关的零件集，而列向量则表示单个零件参与的所有的语义关系；(3)搜索装配树确定主动件和被动件：步骤31：用户拾取零件后，根据零件搜索装配树得对应结点P_i；步骤32：P_i的装配层次为P_i.level，当前装配树的装配层次为CurLevel，若P_i.level＜CurLevel，转步骤33；若P_i.level＝CurLevel，转步骤35；若P_i.level＞CurLevel，转步骤36；步骤33：P_i是某子装配体的一部分，需从P_i开始向上搜索装配树得P_i所属的最上层子装配体M，M的装配层次为M.level，若M.level＝CueLevel，则继续步骤34，否则转步骤37；步骤34：判断该子装配体的编号是否和当前装配层次的装配顺序一致，若一致则深度优先遍历该子装配体M以下子树，得到所有的叶子结点，生成主动件链表Pa＝{M的叶子}，否则转步骤37；步骤35：判断该结点的编号是否和当前装配层次上的装配顺序一致，若一致，返回主动件链表Pa＝{P_i}，否则转步骤36；步骤36：返回P_i为目前不可装配；步骤37：返回M为目前不可装配；步骤38：主动件移动过程中检测到碰撞零件，搜索装配树得对应结点P_j；根据步骤32-37得到被动件链表Pb；Pb＝{N的叶子}或者Pb＝{P_j}，N表示P_j的最上层子装配体，并且(4)搜索语义关系图确定主动件和被动件之间的语义关系：步骤41：主动件链表Pa＝{M的叶子｝，取主动件链表Pa中的零件P_i，得到P_i所参与的所有装配语义关系，即为语义关系邻接矩阵中的列向量A_i＝(a_1i,a_2i,…,a_ni)，a_ki∈{0,1},k∈{1,...,n}，n为语义关系的总数，将A_i放入主动件链表对应列向量集合PA中，按以上方式将Pa中所有零件对应的语义关系列向量放入PA；同样的，对于被动件链表Pb＝{N的叶子}，取被动件链表Pb中的零件P_j，得到P_j所参与的所有装配语义关系，即为语义关系邻接矩阵中的列向量B_j＝(b_1j,b_2j,…,b_nj)，b_rj∈{0,1},r∈{1,...,n}，n为语义关系的总数，将B_j放入被动件链表对应列向量集合PB中，并按上述方式将Pb中所有零件对应的语义关系列向量放入PB；步骤42：将主动件列向量集合PA中的每一个元素依次与被动件列向量集合PB中的元素，按位作与运算，结果存于中，直至结果为非0向量；步骤43：返回结果向量中非零项z_k所在行的标号k，即可得主动件和被动件之间的装配语义S_k；(5)对主动件和被动件之间的语义关系进行解算：步骤51：根据识别出来的装配语义S_k，生成配合约束链表；步骤52：用户在装配过程中，通过逐步满足配合约束链表中的众多配合约束的方式实现零件装配位置的确定；步骤53：系统在装配过程中，在约束近似满足的情况下实现零件的自动精确定位。