基于情境感知的旋转机械设备虚拟装配模型及装配方法

摘要

本发明公开一种基于情境感知的旋转机械设备虚拟装配模型及装配方法，采用将虚拟装配任务分解为装配知识层、装配决策层和用户控制层，为每个层次赋予不同的职责。通过为装配知识层定义虚拟装配模型，来容纳装配知识和装配语义，实现虚拟装配的情境化。通过将决策层每个零件视作独立的Agent，根据虚拟装配过程的特点定义Agent之间的通信模板和决策规则，实现用户引导规则化。同时本发明通过离线的聚类算法，实现对用户在特定装配情境下的位置和朝向的预测，减少用户在调整摄像机的操作上花费的时间。相比现有装配感知技术，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，可定制装配过程引导用户操作。

主权项

基于情境感知的旋转机械设备虚拟装配模型，其特征是，包括装配知识层、装配决策层和用户控制层，与虚拟装配有关的知识保存于装配信息文件中；装配知识层中，将装配过程中零件的连接看作零件之间特征的匹配过程，则虚拟装配任务的情景即某一时刻所有零件的特征状态组成的集合；装配知识层包括对特征对象各个属性的定义，以容纳装配信息文件中的装配知识：特征对象＝(特征名称，特征类型，特征节点集合，连接特征，特征状态，依赖关系集合)；特征名称是各特征对象在场景中的唯一标识；特征类型为零件之间点、线和面之间的连接装配关系，对应包括点特征、线特征和面特征；特征节点集合为点特征、线特征和面特征的位置及朝向；连接特征为可与当前特征进行匹配的特征名称；特征状态包括未就绪、就绪、激活和完成匹配四种属性取值；依赖关系集合是一个键‑值集合，将特征名称对作为键，对应的值为0或1，根据场景中其他特征对象间的装配情况更新依赖关系集合中各项的取值；当依赖关系集合中所有特征名称对都完成装配，则特征状态从未就绪转为就绪；如果一对就绪特征的位置足够靠近，且当前没有特征被激活，则这两个就绪的特征对进入激活状态；如果一对特征对象完成匹配，且特征对象的依赖关系集合分别已经被完全满足，则这对特征对象进入“完成匹配”状态，否则返回未就绪状态；装配决策层中，包括多个零件Agent，不同零件Agent之间通过封装有特征状态参数的消息模板进行通信，零件Agent根据接收到的消息模板的内容选择不同装配行为；装配决策层对各零件对象的定义为：零件对象＝(零件名称，特征集合)；其中零件名称是零件对象在场景中的唯一标识；特征集合是相应零件上所有点、线及面特征的集合，表示该零件与其它零件所有可装配的位置；上述消息模板的定义为：消息模板＝(发送者，接收者，消息体)；发送者是发送消息的零件Agent的名称，接收者是接收消息的零件Agent的名称，消息体为消息正文；装配决策层还包括：对零件对象的决策规则的谓词进行定义，用于描述零件对象在场景中的各种基本行为，对零件对象决策规则用到的常元进行定义，用于描述规则中的各种对象和属性的取值，以及对零件Agent的决策规则进行定义，零件获取虚拟装配场景上下文信息后，根据决策规则选择对应行为；用户控制层中，包括组件对象，组件对象为用户控制的逻辑单位和零件的抽象集合，定义为：组件对象＝(组件编号，零件集合属性，自由度列表)上述零件集合属性即Parts属性，包括多个零件Agent的名称，当两个组件完成装配后，两个组件的零件集合进行合并；自由度列表属性即DOF属性，包括沿轴移动、绕轴旋转、延平面移动，空间移动、绕点旋转和空属性五种类型；当两个组件所包含的两个零件之间完成一步特征匹配后，根据发生匹配的特征类型和组件对象当前的自由度取值，来解算下一步装配的自由度取值，直到这两个零件之间完全固定。