一种智能装配序列规划方法技术

本发明专利技术公开了一种智能装配序列规划方法，包括下列步骤：对于待装配体，采用干涉矩阵的方式对装配体各子零件间的装配关系进行建模，利用目标函数对装配序列进行评价；将装配序列利用置换矩阵的形式表达，并将目标函数转换成矩阵形式；采用“渐进非凸与凹过程”优化框架对装配序列规划问题进行迭代求解；将求解出来的置换矩阵转化成零件编号序列，即为装配体装配序列规划的结果。本发明专利技术相较于传统装配序列规划方法，在保证装配序列规划结果有效性的情况下，大大加快了求解速度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括下列步骤：对于待装配体，采用干涉矩阵的方式对装配体各子零件间的装配关系进行建模，利用目标函数对装配序列进行评价；将装配序列利用置换矩阵的形式表达，并将目标函数转换成矩阵形式；采用“渐进非凸与凹过程”优化框架对装配序列规划问题进行迭代求解；将求解出来的置换矩阵转化成零件编号序列，即为装配体装配序列规划的结果。本专利技术相较于传统装配序列规划方法，在保证装配序列规划结果有效性的情况下，大大加快了求解速度。【专利说明】
本专利技术涉及工业自动化
，更具体地，涉及。
技术介绍
装配成本占产品制造成本的40 %到50%，装配自动化一直是制造自动化中的瓶 颈问题。装配顺序是描述产品装配过程的重要信息之一，其优劣直接影响到产品的可装配 性，装配质量及装配成本。装配序列规划（ASP)，就是在各种约束条件下，寻找最优的装配序 列来指导产品装配，以达到降低产品装配成本，提高产品装配质量的目的。装配序列规划问 题是一种NP-难的组合优化问题，它对于产品的装配过程十分重要，因为它直接决定了产 品装配的速度、精度以及稳定性。 当前常用的装配序列规划方法可以分为三类，一类是基于图论的割集算法，通过 对产品装配关联图进行割集运算，得到所有可行装配序列的装配图，通过对装配图进行求 解，搜索出最优的装配序列。这种算法的优势是能通过搜索得到全局最优解，缺点是总序列 数随零件数的增加呈指数级增加，带来了很大的计算量；第二类是基于知识的专家系统算 法，利用人在实际装配过程中积累的经验，将这些与装配相关的知识抽象成规则，存于知识 库，对于现有的装配序列规划问题，通过查询知识库，找出与现有的问题类似的规则，通过 一步一步的决策，得到装配序列规划的结果；第三类是基于智能优化的搜索算法，包括遗传 算法、粒子群算法、模拟退火算法以及神经网络等，这类算法可以通过对算法参数的设置控 制算法的收敛速度，并得到较优的装配序列。其优点是，零件数的增加带来的计算量的增加 是多项式级，缺点是不一定能得到全局最优解。 传统的装配序列规划算法局限性较强，基于图论的割集算法，虽然能得到全局最 优解，得到最优的装配序列，但是随着零件数增加，会发生组合爆炸情况，计算量急剧增加， 造成难以求解的情况，因此这种算法只适用于零件数较少的情况。基于知识的专家系统方 法通常对于特定类型的产品比较有效，但是当装配体的类型相差较大时，知识库的覆盖面 很难满足要求。而基于智能优化的搜索算法，虽然计算复杂度有所降低，但是当零件数量十 分巨大时，计算量也难以承受，同时该算法难以得到全局最优解。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能装配序列规划 方法，本专利技术利用干涉矩阵对装配序列规划问题进行建模，并将问题的数学模型转化为矩 阵形式，通过一系列参数推导之后，利用"渐进非凸与凹过程"优化框架对装配序列规划问 题进行迭代求解，这种方法大大加快了装配序列规划问题的求解速度。为达到上述目的，作 为本专利技术的一个方面，本专利技术提供了，包括步骤如下： 第一步：对于待装配体，根据各子零件间的装配关系，建立空间干涉矩阵R和装配 效率干涉矩阵P ; 第二步：对于装配体的装配序列，建立相应的目标函数对其进行评价； 第三步：将装配序列利用置换矩阵的形式表达，并将目标函数转换成矩阵形式； 第四步：采用"渐进非凸与凹过程"优化框架对装配序列规划问题进行迭代求解； 将求解出来的置换矩阵转化成零件编号序列，即为装配体装配序列规划的结果。 其中，第一步中所述的空间干涉矩阵R和装配效率干涉矩阵P分别如下所示： 【权利要求】1. ，包括下列步骤： 第一步：对于待装配体，根据各子零件间的装配关系，建立空间干涉矩阵R和装配效率 干涉矩阵P ; 第二步：对于装配体的装配序列，建立相应的目标函数对其进行评价； 第三步：将装配序列利用置换矩阵的形式表达，并将目标函数转换成矩阵形式； 第四步：采用"渐进非凸与凹过程"优化框架对装配序列规划问题进行迭代求解； 第五步：将求解出来的置换矩阵转化成零件编号序列，即为装配体装配序列规划的结 果。2. 如权利要求1所述的智能装配序列规划方法，其中第一步中所述的空间干涉矩阵R 和装配效率干涉矩阵P分别如下所示：其中，η表示装配体由η个零件构成，i和j分别表示编号为i和j的零件，空间干涉矩 阵中的元素 ru表示安装了第i个零件后，对安装第j个零件所造成的空间干涉情况；装配 效率干涉矩阵中的元素 Pij表示安装了第i个零件后，紧接着安装第j个零件对装配效率造 成的影响。3. 如权利要求1或2所述的智能装配序列规划方法，其中第二步中所述的目标函数如 下所示：其中，A表示在装配序列中，第i个零件的零件编号，7 和PU4分别表示空间干涉矩 阵与装配效率干涉矩阵中对应下标的元素值，f为目标函数值。4. 如权利要求1所述的智能装配序列规划方法，其中，第三步中所述的矩阵形式的目 标函数如下所示： F(X) = tr(XR(Z1X)T)+tr(XP(Z2X)T) 其中，X表示装配序列的置换矩阵表达形式，R表示装配体的空间干涉矩阵，P表示装配 体的装配效率矩阵，Zi和Z2如下式所示：5. 如权利要求1所述的智能装配序列规划方法，其中第四步中所述的采用"渐进非凸 与凹过程"优化框架对装配序列规划问题进行迭代求解的步骤具体包括： 步骤41 :设定初始参数，将迭代参数ζ设为1，矩阵X设为所有元素值均为I/η的ηΧη 的矩阵； 步骤42:检测参数值ζ和矩阵X，如果ζ <-1或者X属于置换矩阵，跳转至步骤47; 步骤43 :检测矩阵是否收敛，如果收敛则跳转步骤46 ; 步骤44 :使用匈牙利算法求解下式中的矩阵Υ : Γ = arg mi I、(Xfr 其中，F, (X)的表达式如下所示：步骤45 :求解下式中的α : a = argminaF^ (Χ+α (Υ-Χ))，其中满足：〇 彡 α 彡 1 ; 并令X = Χ+ a (Υ-Χ)，跳转至步骤43 ; 步骤46:令ζ = ζ-cK，跳转至步骤42,其中，cK的值在迭代过程中动态设置； 步骤47 :输出置换矩阵X。6. 如权利要求5所述的智能装配序列规划方法，其中，步骤45中将FJX+a (Y-X))化 简为关于a的二次函数结果如下： F ζ (Χ+ a (Y~X)) = (Aj-1 ζ I Aj+ ζ A2) a 2+ (Bj-1 ζ | Bj+ ζ B2) a +C ； 其中， A, = tr((Y-X)R(Y-X)TZ1T+(Y-X)P(Y-X) TZ2T)； A2 = tr((Y-X)T(Y-X))； Bi = tr((XR(Y-X)T+(Y-X)RXT)Z1T+(XP(Y-X) T+(Y-X)PXT)Z2T)； B2 = tr (XT (Y-X) + (Y-X) TX)； C为常量； 化简为关于a的二次函数之后，利用二次函数求取极值的方法求解a。7. -种智能装配方法，采用如权利要求1-6任意一项所述的智能装配序列规划方法规 划的装配序列来对待装配体进行装配。【文档编号】G05B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能装配序列规划方法，包括下列步骤：第一步：对于待装配体，根据各子零件间的装配关系，建立空间干涉矩阵R和装配效率干涉矩阵P；第二步：对于装配体的装配序列，建立相应的目标函数对其进行评价；第三步：将装配序列利用置换矩阵的形式表达，并将目标函数转换成矩阵形式；第四步：采用“渐进非凸与凹过程”优化框架对装配序列规划问题进行迭代求解；第五步：将求解出来的置换矩阵转化成零件编号序列，即为装配体装配序列规划的结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，汤志鹏，陶晶，任超，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11