人造岩石结构设计和制造的自动化系统技术方案

一种用于人造岩石结构的支撑框架的自动化设计的系统。系统包括处理器和存储器，该存储器存储岩石结构的外表面的三维(3D)网格。该系统包括偏移模块，该偏移模块是由处理器执行以处理3D网格并生成偏移网格的代码/指令或软件，该偏移网格限定了外表面在距该3D网格偏移距离处的3D拓扑。系统还包括切片限定模块，该切片限定模块包括由处理器执行以将偏移网格划分为多个子部分的软件。该系统还包括钢筋线限定模块，该模块具有由处理器执行以为每个子部分生成钢筋件的装配的软件，该钢筋件的装配为每个钢筋件限定长度、在子部分内的位置以及一组间隔开的弯曲。

【技术实现步骤摘要】
人造岩石结构设计和制造的自动化系统
一般而言，本说明书涉及在内部框架或保持架(cage)上建造或支撑的结构的设计和制造，诸如通过在金属杆(rod)框架或保持架上涂石膏而形成的并用于主题公园或游乐园、购物中心、步行街、城市公园等处的景观的人造岩石(rockwork)结构。更具体地，本说明书针对一种新方法及相应的系统，其用于使底层支撑框架的设计和制造自动化，该底层支撑框架由单独被弯曲的金属杆(本文中可互换地称为“钢筋”，意指任何金属或金属合金以及任何直径的任何杆或管)形成，以及用于然后通过施加石膏和/或其他材料以形成外层(outer)或外壳层(encasinglayer)或壳体(shell)来完成岩石或类似结构。
技术介绍
人造结构具有多种用途，以创建或增强室内，或者更常见的是室外空间，以创建期望的外观和感觉。例如，许多办公楼、住宅区和购物中心的公共空间的设计师将包括较大的岩石部分。可以使用人造或人工结构来实现岩石部分，所述人造结构或人造结构是用施加在金属杆框架或支撑结构或保持架(或“钢筋结构”)上的石膏或其他(一种或多种)材料制成的。在另一个示例中，主题公园和游乐园通常每个都将包含大量的岩石结构，以创建室外或其他背景和模拟土地。一个行业估计是，一个主题公园经营者每年建造超过十万平方英尺的岩石结构。目前，设计和制造岩石结构是耗时且昂贵的处理。岩石是定制设计的，需要创建钢筋结构进行施工。在当前的设计和制造流程中，每个岩石结构均始于泡沫造型或数字创建的三维(3D)模型的形成。在其他情况下，需要翻新现有的岩石，并且流程(pipeline)包括扫描现有的岩石。如果模型是泡沫模型、造型或待翻新的现有岩石，则可以经由3D扫描将其作为数字网格(mesh)导入到3D建模环境中。接下来，将导入的3D模型“切片”或分割为片。然后对每个切片施加或为每个切片施加创建数字钢筋结构。然后，数字钢筋结构或模型被手动弯曲，或者通过能够读取数字化生产设计文件(即数字钢筋结构/模型)(或将其作为输入)的弯曲机进行弯曲。但是，在这两种情况下，目前都没有办法从岩石结构的造型或3D数字模型中自动生成钢筋结构。结果，必须手动确定每个单独的钢筋件或金属杆的弯曲轮廓，这非常费力且昂贵。因此，仍然需要一种新的自动化设计和制造流程或方法，用于在金属杆支撑框架或保持架上建造的岩石和类似人造结构。优选地，新的流程将被配置为显著减少用于底层任务(包括如何创建钢筋结构模型)的成本和劳力。此外，期望以比典型地使用手动设计技术所实现的精度更高的精度来执行新的流程。
技术实现思路
考虑到上述问题，专利技术人创建了一种结构设计和制造系统，该系统利用经过特殊调整的软件模块或软件应用程序(例如，由一个或多个处理器执行的代码或程序来提供底层功能)，以使大部分设计并生成数字文件的处理自动化，该文件限定了用于创建钢筋支撑结构以构建新结构或翻新现有结构的支撑框架/保持架或钢筋结构。岩石结构是这种结构的一个有用示例，并且在本文中经常被用来描述根据本说明书被设计然后被制造的结构。自动化设计和制造的解决方案的一部分是创建在软件模块/应用程序中实现的定制算法，这些软件模块/应用程序可为任何输入结构自动生成数字钢筋结构或模型，诸如为正在建造或已经存在并且全部或部分正在翻新的主题公园或其他布置的定制设计的岩石块。然后，将这些数字钢筋结构或模型(或支撑框架/保持架的模型)转换为数据文件，并加载到钢筋弯曲机(或弯杆机)中，以用于框架/保持架的弯曲的杆或钢筋的各个零件的自动创建，所述零件然后可以在之后的制造步骤中以相对简单的方式进行装配。为此，新系统连同数据文件一起，包括软件模块，这些软件模块生成装配图，以向建筑工人示出如何将从弯曲机输出的弯曲的杆或钢筋拼接在一起或装配成岩石结构的支撑框架/保持架。新系统提供的设计和制造流程或方法可能会使岩石的设计更加容易且具有较高的准确性。系统的软件中还有大组的变量，可以对这些变量进行操纵来允许用户调整任何结构所需的细节量。过去，设计处理包括许多手动步骤，无法为整个处理提供自动化。例如，一个先前的处理是通过让建筑工人使用卡尺来手动弯曲钢筋，并“最佳猜测”如何将岩石从泡沫造型按比例放大到钢筋支撑框架或保持架中。这种方法通常会损失大量的准确性，并且效率很低，并且依赖于每个工人的技能和经验来获得良好的结果。相比之下，专利技术人的系统(及其底层方法)提供了一种自动的处理，该处理可以根据期望的岩石结构的输入数字网格设计，来创建由弯曲的杆或钢筋构成的支撑框架或保持架。新的设计和制造系统具有诸多优点。首先，其有可能节省百分之七十五的钢筋创建处理的总成本，因为由于该处理大部分是自动化的，因此工作通常不必由设施操作员外包。由于软件模块的算法是完全自动化的，一旦将造型转换为3D资产或文件，系统几乎可以立即将其与钢筋结构关联。这意味着不再需要等待承包商完成其设计，这也可以节省时间。另一个优点在于，该算法将通过确定在支撑框架/保持架的切片/子部分的某段或部分中是否不需要弯曲的钢筋件/杆来节省资金。另外，可以调整系统的算法以适合用户的需求。例如，如果结构将从更高的稳定性中受益，则用户可以控制影响稳定性的参数/变量。另一个可以调整的参数/变量是岩石结构对输入数据的准确性(或保真度)。这将有助于确保输出质量达到为给定应用设置的标准。更具体地，提供了一种用于人造岩石结构的支撑框架的自动化设计的系统。该系统包括(一个或多个)处理器和存储器(即，任何本地或远程数据存储设备)，该存储器存储岩石结构的外表面的三维(3D)网格。该系统包括偏移模块，该偏移模块是由处理器执行以处理3D网格并生成偏移网格的代码/指令或软件，该偏移网格限定了外表面在距3D网格的偏移距离处的3D拓扑。该系统还包括切片限定模块，该切片限定模块包括由处理器执行以将偏移网格划分为多个子部分的软件。该系统还包括钢筋线限定模块，该模块具有由处理器执行以为每个子部分生成钢筋件的装配的软件，该装配限定了每个钢筋件的长度、在子部分内的位置、以及一组间隔开的弯曲。在一些实施例中，偏移模块的软件包括移动立方体(MarchingCubes)算法，其被配置为在生成偏移网格时识别并填充3D网格中的孔。在这种情况下，偏移距离是基于用户输入的距离值(例如，在将石膏施加到支撑框架或保持架上的许多应用中，在2到6英寸范围内的值)限定的。每个子部分具有受最大长度和最大宽度限制的表面积，该最大长度和最大宽度可根据用户输入进行调整(诸如4到7英尺，以及在一个示例性系统中使用6英尺)。在一些有用的实施例中，切片限定模块包括自动合并功能，当确定子部分之一的表面积小于预定的最小表面积时并且当新的子部分的外部尺寸小于预定的最大外部尺寸时，该自动合并功能将相邻对的子部分合并为新的子部分。在相同或其他情况下，切片限定模块可以支持系统用户/操作员手动合并和/或分割子部分。钢筋线限定模块可以配置为使用原始点算法、公共点算法/以及拉默-道格拉斯-普克(Ramer-Douglas-Peucker，RDP)算法中的至少一种，来处理偏移网格的每个子部分，以生成钢筋件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于人造岩石结构的支撑框架的自动化设计的系统，包括：/n处理器；/n存储器，存储岩石结构的外表面的三维(3D)网格；/n偏移模块，包括由所述处理器执行以处理3D网格并生成偏移网格的软件，所述偏移网格限定所述外表面在距所述3D网格偏移距离处的3D拓扑；/n切片限定模块，包括由所述处理器执行以将所述偏移网格划分为多个子部分的软件；以及/n钢筋线限定模块，包括由所述处理器执行以为每个子部分生成钢筋件的装配的软件，所述钢筋件的装配为每个钢筋件限定长度、在子部分内的位置、以及一组间隔开的弯曲。/n

【技术特征摘要】
20181220 US 16/227,3701.一种用于人造岩石结构的支撑框架的自动化设计的系统，包括：
处理器；
存储器，存储岩石结构的外表面的三维(3D)网格；
偏移模块，包括由所述处理器执行以处理3D网格并生成偏移网格的软件，所述偏移网格限定所述外表面在距所述3D网格偏移距离处的3D拓扑；
切片限定模块，包括由所述处理器执行以将所述偏移网格划分为多个子部分的软件；以及
钢筋线限定模块，包括由所述处理器执行以为每个子部分生成钢筋件的装配的软件，所述钢筋件的装配为每个钢筋件限定长度、在子部分内的位置、以及一组间隔开的弯曲。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述偏移模块的软件包括移动立方体算法，所述移动立方体算法被配置为在生成所述偏移网格时识别并填充所述3D网格中的孔。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述偏移距离基于用户输入距离值而限定。


4.根据权利要求1所述的系统，其中，每个子部分具有受最大长度和最大宽度限制的表面积，所述最大长度和最大宽度可基于用户输入进行调节。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述切片限定模块包括自动合并功能，所述自动合并功能在以下情况下将相邻对的子部分合并为新的子部分：当所述子部分中的一个子部分的表面积被确定为小于预定的最小表面积时并且当新的子部分的外部尺寸小于预定的最大外部尺寸时。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述钢筋线限定模块使用原始点算法、公共点算法、以及拉默-道格拉斯-皮克(RDP)算法中的至少一个，来处理所述偏移网格的每个子部分，以生成所述钢筋件的装配。


7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述钢筋线限定模块首先使用公共点算法，然后对段的子集使用RDP算法以插入附加细节，来处理所述偏移网格的每个子部分。


8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述钢筋线限定模块为每个弯曲限定弯曲角度，并且将所述弯曲中的相邻弯曲隔开至少预定的弯曲间隔。


9.根据权利要求1所述的系统，还包括由所述处理器运行以生成装配图的图纸生成器，所述装配图将所述钢筋件的位置映射到每个子部分内，并且将所述子部分的装配限定在一起以形成所述岩石结构的支撑框架。


10.根据权利要求1所述的系统，还包括由所述处理器运行的模块，所述模块从所述外表面的点云文件生成所述3D网格。


11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述钢筋线限定模块包括算法，所述算法处理所述钢筋件的装配，以基于相交距离来识别并删除冗余的Z形条。


12.一种用于人造岩石结构的支撑框架的自动化设计的系统，包括：
处理器；
存储器，存储限定岩石结构的外表面的数字模型；以及
一组...

【专利技术属性】
技术研发人员：AS马歇尔，DR理查德森，KA怀尔德，DC沙芬伯格，SM霍姆斯，H钱德兰安德，MS韦尔奇，M钱茨，
申请(专利权)人：迪斯尼实业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US