[发明专利]用于机电集成产品中基于橡皮筋的三维电路自动布线方法

摘要

用于机电集成产品中基于橡皮筋的三维电路自动布线方法，属于机电一体化技术领域。三角网格化；初始三维搜索图创建；采用修正后A*算法逐条进行最短路径搜索；每搜索到一条线路，对三维搜索图做相应更新，避免后续搜索的线路与该线路相交；更新分为两部分：线路所在起始和终止三角形边上点相邻信息更新、线路经过边上点以及相邻信息的更新；A*算法搜索后线路经过的一系列三角形形成的区域构成一条通道；采用通道算法找到每条线路相应的橡皮筋，橡皮筋为线路起点、终点以及所绕障碍点连成的折线；为每条橡皮筋创建相应的Spokes，保证线路之间或线路距障碍物的最短距离，得到拓展橡皮筋，即最后搜索得到的三维线路。

主权项

1.用于机电集成产品中基于橡皮筋的三维电路自动布线方法，其特征在于，包括如下步骤：1)三角网格化获取MID(Mechatronic integrated devices)机电集成产品几何布线基体的边界拓扑信息以及电子元件的设计和布局信息，分别实现每个面上的约束Delaunay三角剖分，包括不规则表面和曲面，维护三角剖分后的点列表、边列表以及三角形列表；2)初始三维搜索图创建初始搜索图的创建通过找到三角形的边上中点，然后添加各中点之间的连接关系；主要分为两个过程，首先实现每个面上搜索图的创建，然后创建相邻面之间边界边处的相邻关系：其中，2.1)面上搜索图的创建：针对每个面，该面剖分后三角网格生成一边列表，以边为主线，采用hash表存储每条边的相关信息，搜索图存储的hash函数：该边信息的存储位置＝边的编号，针对每条边，采用邻接表存储边存在的点并且为其创建指针，指向与其相邻的其他点索引；2.2)相邻面之间边界边处的相邻关系的创建：边界边所属两个面上三角网格对其编号不同，也既是面边界边在存储搜索图的hash表中占据两个存储空间；通过在hash表中的相应两个空间中添加必须的相邻信息，完成相邻面之间边界边处的相邻关系的创建，实现三维搜索图；3)采用修正后A*算法逐条进行最短路径搜索；每搜索到一条线路，对三维搜索图做相应的更新，避免后续搜索的线路与该线路相交；更新时，主要分为两个部分：线路所在起始和终止三角形边上点相邻信息更新、线路经过边上点以及相邻信息的更新；其中，3.1)起始和终止三角形边上点相邻信息的更新方法如下：删除三角形各边上点之间的相邻关系，在线路起始点对边，也即是线路经过第一条边，添加新点，并且创建新添加点与起始三角形其他两条边上点之间的相邻关系，在线路终止点对边，也即是线路经过第一条边，添加新点，并且创建新添加点与终止三角形其他两条边上点之间的相邻关系；3.2)线路经过边上点以及相邻信息的更新方法如下：3.2.1)找到线路经过的第一个点P所在边E1；3.2.2)找到点P经过的边E1的编号num1，边的编号决定了该边信息在hash表中的存储位置；3.2.3)如果E1为面上边界边，那么转步骤3.2.4)；否则，转步骤3.2.5)；3.2.4)E1为边界边时，找到与num1相应的另一个编号num2；由于边界边所在两个面三角剖分时，对其所定义的编号不同，因此边界边在hash表中存储占据两个空间，从而对边界边信息的更新也需要考虑hash表中两处的更新；3.2.5)计算边E1上其他点距离点P的最近距离，来计算该边上需要添加的新点位置P5、P6；3.2.6)若num2非空，处理num1和num2上点P的相关信息；逐个处理与点P之间有相邻关系的点P’，创建P’和P5或者P6之间的相邻关系，并且删除P点和P’点之间的相邻关系；3.2.7)提取线路经过的下一个点P；若下一个点为空，则转步骤3.2.8)；否则，转步骤3.2.2)；3.2.8)结束；4)A*算法搜索后线路Path经过的一系列三角形形成的区域构成一条通道；采用通道算法找到每条线路相应的橡皮筋，橡皮筋为线路起点、终点以及所绕障碍点连成的折线；5)为每条橡皮筋创建相应的Spokes，保证线路之间或线路距障碍物的最短距离，得到拓展橡皮筋，即本发明的方法最后搜索得到的三维线路；主要过程如下：5.1)Spokes长度确定：Spokes的长度决定了线路远离约束点的距离，当有多条线路绕过同一约束点时，线路距离这一约束点的距离由内到外逐倍增加；橡皮筋所经过的点信息、边信息、以及搜索图中各边上点信息可以被获取，因此可以通过以下几个步骤判断各橡皮筋需要添加的spokes长度：5.1.1)为搜索图数据结构点信息中添加标记位：bool ispassed，并初始化为0，代表点未被跨越；5.1.2)A*算法搜索结束过，逆向构造线路时，将线路经过点的ispassed标记位置为1，代表该点已被跨越；5.1.3)通道算法结束后，确定橡皮筋经过的拐点，那么在每个拐点P处判断点P所在的边上有几个点满足以下两个条件：一、该点有线路经过；二、该点在点P和该条橡皮筋所对应的线路在该边经过的点之间设有n个，则该条线路在该点spokes的长度应该为(n+1)*D；5.2)Spokes位置坐标计算：三维空间中任意面上点的Spokes的计算；5.3)Spokes的选择：选择Spokes时主要需遵循的原则是，添加Spokes后得到的拓展橡皮筋位于通道的内部，因此可根据橡皮筋上点在通道的左边界还是右边界，来确定合适的Spokes相对通道的位置，根据点在相应通道上的相应位置，橡皮筋经过的点主要分为ENDPOINT，LEFT和RIGHT三类，边界边上的点或者是线路起始和终止点被定义为ENDPOINT，此时不需要添加spokes，因为线路直接穿过他们即可，LEFT和RIGHT分别说明该点在通道的左边界和右边界，那么为了保证拓展橡皮筋在通道内部，则需要满足拓展橡皮筋位于该点的右侧和左侧；至此，完成所述用于机电集成产品中基于橡皮筋的三维电路自动布线。