【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于iwoa的总段对位多目标轨迹优化方法，属于船舶制造。
技术介绍
1、随着全球经济持续增长和航运业需求旺盛，在各造船强国自行研发新技术的推动下，船体建造技术实现了巨大飞跃，世界造船强国正在形成船舶制造的快速响应模式。目前，船舶建造一般采用总段造船法，总段造船法是以船舶总段为制造单位，用起重机将甲地组装的总段移动至乙地合拢为整船，使总装设施充分发挥作用，以形成船舶制造异地并行批量生产模式，这种模式能减少船台装焊工作量，有助于缩短船舶建造周期。
2、在此模式下，总段合拢作为船舶建造过程中的关键工序之一，直接影响着船舶建造整体的效率和精度。目前，总段造船法在国内的发展并没有达到预期的效果，一大难点便来自总段合拢过程中多以人工目测及手工操作调节进行对位工作，从而导致合拢效率较低、精度较差，难以一次性实现高效精确合拢。采用传统方法进行总段对位时，首先需要将固定总段吊装在船台上，然后再吊装后续总段。接着使用测量仪器对总段之间的位置关系进行测量，并对后续总段进行两次定位，以确保定位的准确性。传统方法下，对位过程需要多次测量和定位，以确保总段之间的位置关系，整体对位过程繁琐且效率低、精度差。
3、目前国内船厂对总段的合拢工序需要长时占用吊车这样的核心生产设备，容易形成造船流程的瓶颈，对于提高造船效率是一种极大的制约，且吊车吊起总段对位时，由于绳索的形变不易检测、受力方向多变等因素，往往会造成极大的对位误差。与此同时，随着船体总段的尺寸与重量日益增长，传统的目视法、划线法定位操作及手动操控方法逐渐难以保
4、目前，自动对位技术快速发展，使总段对位工序走向自动化和数字化，大大减轻了人力负担，减少了对位时间，提高了对位精度。相关技术在飞机和航天设备的装配工序上体现得尤其明显，而在船舶总段对位领域的研究及应用目前正处于起步阶段。
5、尽管我国的船舶制造业在全球产量排名中位于前列，但在质量提升方面仍然有很大的提升空间。在关键的总段对位技术方面，与世界领先水平相比，我国仍有一定的差距需要弥补，总段对位中所存在的效率低、精度差问题，严重制约着我国船舶建造业的蓬勃发展。因此，将新一代信息技术和人工智能技术等先进技术理念引入船舶制造行业，促进船舶总段实现高效精准的自动化对位，已是我国发展自动化、智能化、数字化船舶制造并加快建设造船强国的必然选择。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于iwoa的总段对位多目标轨迹优化方法，通过自动化对位系统搭建、高精度测量系统搭建、坐标变换模型、点集匹配算法、智能优化算法、轨迹规划算法和船舶总段自动对位轨迹规划系统实现船舶总段的高效精准自动化对位。
2、技术方案：一种基于iwoa的总段对位多目标轨迹优化方法，包括以下步骤：
3、步骤1、根据已经完成的调姿小车位姿计算结果选择对位方法，通过调姿小车的协同操作来对船体总段进行位置和姿态的调整；并根据给定的任务需求确定船舶总段轨迹规划方式；
4、步骤2、视总段及配套的调姿小车为一个集成了六自由度的自动对位并联系统，其中，总段作为移动平台，多台调姿小车则构成系统的动力支撑，通过对系统进行逆向运动学的解析，获取调姿小车在不同方向上所需遵循的动态轨迹参数；
5、步骤3、在确定总段对位方式和轨迹规划方式的基础上，结合调姿小车速度约束及加速度约束条件，建立时间-能耗-冲击度多目标函数，并进一步通过改进的鲸鱼算法对多目标优化模型进行求解，实现总段及调姿小车的多目标轨迹优化；
6、步骤4、对多目标优化流程进行仿真分析，同样按照步骤1调姿小车位姿计算结果，结合调姿小车速度约束及加速度约束条件，对总段姿态调节进行规划，总段在旋转和平移过程中，采用二分法求解在约束范围内的最优时间；基于上述多目标函数，使用改进鲸鱼算法对目标函数进行求解，从而解算出总段旋转过程和平移过程时间，通过时间参数、七次多项式轨迹规划法、调姿小车速度及加速度约束条件，求解出调姿小车运动轨迹；
7、步骤5、在保证调姿小车基础的运动方式、运动约束等条件一致的情况下，简化调姿小车设计模型，利用adams软件建立调姿小车无内部传动系统的总段对位模型；
8、为建立好的模型添加布尔约束以及运动副约束，通过布尔约束将调姿小车多个零件组合成较少零件，便于运动学仿真；同时，通过运动副约束制定调姿小车中零件运动方向。然后进行总段对位运动学仿真，并根据仿真结果判断轨迹规划的精确性；
9、步骤6、分别进行总段多目标优化实验验证和总段整体对位实验验证，来判断总段轨迹多目标优化的可行性和总段对位轨迹规划的精确性。
10、所述步骤1具体为：
11、采用两步对位法作为总段调姿对位方法，所述两步对位法为：
12、首先对船舶总段的横滚、俯仰和偏航角度进行调整以实现角度对位，接着在三个主轴方向x、y、z上进行精细位置调整，以完成对位操作的全部过程；
13、采用七次多项式对船舶总段轨迹进行规划，七次多项式规划表达式为：
14、a(t)＝at7+bt6+ct5+dt4+et3+ft2+gt+h
15、设初始时刻为t0＝0，终止时刻为tf，其约束条件为：
16、
17、代入上式约束条件，可求解出各参数的数值:
18、
19、令△a＝a1-a0，可得到α的运动轨迹：
20、
21、同理可求得总段x、y、z、β、γ的运动轨迹：
22、
23、所述步骤2具体为：
24、步骤2.1、测量调姿小车旋转球头球心位置，将测量数据转化到移动总段坐标系下，各小车旋转球头球心在移动总段坐标系下位置为：mi(xi,yi,zi),i＝1,2,l n，其中n表示调姿小车数量；
25、在总段旋转过程中，通过旋转矩阵对调姿小车进行逆运动学求解；在总段平移过程中，此时只需四台调姿小车同时运动即可实现总段的平移，故各小车轨迹与上述总段平移轨迹一致；
26、总段旋转调姿用时为t1，总段平移调姿用时为t2，所以在船舶移动总段调节总体过程中，调姿小车在三个自由度方向的相对位移为：
27、
28、式中r(t)为：
29、
30、
31、
32、且式中，a(t)，β(t)，γ(t)为角度与时间的函数，对上式求导，可以得到在总段旋转的调节过程中每个自由度速度运动的表达式：
33、
34、对上式求导，得到总段在姿态调节过程中每个自由度加速度运动的表达式：
35、
36、对上式求导，得到总段在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于IWOA的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于IWOA的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述的基于IWOA的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
4.根据权利要求3所述的基于IWOA的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
5.根据权利要求1所述的基于IWOA的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
6.根据权利要求1所述的基于IWOA的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
7.根据权利要求6所述的基于IWOA的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
8.根据权利要求1所述的基于IWOA的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于iwoa的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于iwoa的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述的基于iwoa的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
4.根据权利要求3所述的基于iwoa的总段对位多目标轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：王国伟，许润康，赵可龙，陈志贺，黄金龙，胡嘉欣，姚芝阳，崔雪峰，李磊，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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