一种基于装配语义及目标识别的植保无人机的建模方法

1.本发明涉及机械三维虚拟装配领域，具体涉及一种基于装配语义及目标识别的植保无人机的建模方法。


背景技术：

2.装配是产品制造的重要环节。它是将一系列相关零部件通过一定的装配工具和流程，按照明确的技术要求和精度标准组装在一起，形成最终产品。这个环节的重要性在于它是整个产品制造过程的最后一步，而这一步占据了产品制造环节大量的人力和物力。
3.w0mack等曾在上世纪90年代初对工业化国家的制造业用工时间做了统计研究，结果表明：装配环节的用工量占据产品生产总工时的20％
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30％，约有三分之一的人力在产品的制造中从事与装配相关的工作，装配所用成本约占产品生产总成本的40％。装配成功，将使产品研发、制造过程的全部人力财力投入变成可以实现的价值。若失败，将使此前的全部努力毁于一旦，化作乌有。
4.装配问题，包括装配设计和装配实现两个方面。装配设计，是在设计阶段对零部件组织的规划编制。装配实现，则是对零部件组织的最终完成。装配设计的合理性，是装配实现的基础。装配实现的可行性，是装配设计的最终目标。这两者在产品研制的全部过程中，往往需要反复的验证和修改。在产品的研发阶段，如何加快设计验证的速度，降低验证的成本，是产品设计者必须面对的问题和追求的目标。在产品定型后的制造阶段，如何减少培训成本，加快熟练装配工人的培训，是产品制造商必须面对的问题和追求的目标。对于前者，传统的解决办法是制造物理样机。对于后者，通用的方法是对定型产品样机的拆卸重装训练。这种基于物理样机的装配验证和装配培训方式，不可避免地延迟产品研发进度，增加研发和培训成本。长期以来，寻找新办法，解决产品特别是对大型装备产品在研发和制造过程中所遇到的装配问题，成为研究人员的探索目标。
5.虚拟装配技术可以在无物理样件的情况下，对装配工艺过程进行动态仿真、规划与优化，从而有效提高产品装配效率和装配质量。目前，虚拟装配过程仿真主要依靠交互式定义完成，即：涉及人员以人机交互的方式定义零部件模型之间、零部件与工装之间的相互约束关系以及装配路径。传统的装配仿真方法的突出问题如下：一方面，装配动作定义过程繁琐，如螺栓连接的仿真定义中，需要多次选择螺栓、螺母、待连接件以及定义相应的装配方式、装配方向和装配路径等参数；另一方面，装配仿真流程难以重用，如螺栓连接作为一种典型的连接方式，其装配方式较为固定，而实际的仿真定义中并没有对这种固定的模式加以利用，造成了许多不必要的重复劳动。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种基于装配语义及目标识别的植保无人机的建模方法，其可以解决上述背景技术中所提到的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种基于装配语义及目标识别的植保无人机的建模方法，包括以下步骤：
9.(1)对产品零件的基本信息、装配几何约束信息、装配工艺操作信息进行确定；
10.(2)将确定的产品零件的基本信息使用solidworks进行模型的建立及处理；
11.(3)对建模后的模型提取各零件的名称并且对其进行语义解释，最终确定关键字并对其以预设格式保存；
12.(4)对确定的关键字进行检查，排查是否属于语义范畴内，如若不是，则要使用系统中的扩充语义操作或者重新对零件名称进行规范，然后返回上一步重新确定关键字；如若关键字所属语义范畴，则进行下一步；
13.(5)在所属语义范畴内，确定相配合零件的类型、约束的数目及类型；
14.(6)系统在相似性推算下进行目标识别且进一步检测模型是否成功匹配相似度最高的例子，若是，则尺寸约束生成和解算，若不是则利用扩充语义库操作反复进行排查，然后返回上一步重新进行相似性推算；
15.(7)基于尺寸约束生产和解算的正确，使得最终建模的成功。
16.优选地，所述步骤(1)中，装配几何约束信息包括零件与零件之间的贴合、对齐、相等的配合关系。
17.优选地，所述步骤(1)中，装配工艺操作信息包括螺纹联接类、销键配合类、传动类、轴孔固定类信息。
18.优选地，所述步骤(2)中，构建solidworks信息模型首先需要对三维软件中的solidworks模型信息提取，具体提取信息及步骤如下:
19.(1)第一次递归遍历装配体三维solidworks模型的装配结构树，得到零部件相关数据信息，相关数据信息包括零部件的存储路径、零件名称、材料；
20.(2)再次遍历装配体模型结构树，得到几何约的相关信息，相关信息包括约束的类型、约束类型值、参与配合的特征面；
21.(3)查询获得零件的关键尺寸和零件级的尺寸约束方程式；
22.(4)获得约束所处的层次，以确定其属于装配结构树的哪个层次；
23.(5)通过数据结构的构建,把遍历获得的零件及相关信息进行存储,构造solidworks信息模型；
24.(6)零件的语义的确认标志置false。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.本发明采用基于装配语义及目标识别的建模方法能快速、高效、精确地构建植保无人机三维实体模型。所采用的方法不但可以为植保无人机后续喷雾功能性分析的计算模型提供了精确的几何模型，而且为其它农机装备精确三维实体模型的高效构建也具有十分重要的借鉴意义。
附图说明
27.图1是本发明实施例中一种基于装配语义及目标识别的植保无人机的建模方法的流程图；
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.请参阅图1所示，一种基于装配语义及目标识别的植保无人机的建模方法，包括以下步骤：
30.(1)对产品零件的基本信息、装配几何约束信息、装配工艺操作信息进行确定，其中，装配几何约束信息包括零件与零件之间的贴合、对齐、相等的配合关系，装配工艺操作信息包括螺纹联接类、销键配合类、传动类、轴孔固定类信息；
31.(2)将确定的产品零件的基本信息使用solidworks进行模型的建立及处理；
32.(3)对建模后的模型提取各零件的名称并且对其进行语义解释，最终确定关键字并对其以预设格式保存；
33.(4)对确定的关键字进行检查，排查是否属于语义范畴内，如若不是，则要使用系统中的扩充语义操作或者重新对零件名称进行规范，然后返回上一步重新确定关键字；如若关键字所属语义范畴，则进行下一步；
34.(5)在所属语义范畴内，确定相配合零件的类型、约束的数目及类型；
35.(6)系统在相似性推算下进行目标识别且进一步检测模型是否成功匹配相似度最高的例子，若是，则尺寸约束生成和解算，若不是则利用扩充语义库操作反复进行排查，然后返回上一步重新进行相似性推算；
36.(7)基于尺寸约束生产和解算的正确，使得最终建模的成功。
37.所述步骤(2)中，构建solidworks信息模型首先需要对三维软件中的solidworks模型信息提取，具体提取信息及步骤如下:
38.(1)第一次递归遍历装配体三维solidworks模型的装配结构树，得到零部件相关数据信息，相关数据信息包括零部件的存储路径、零件名称、材料；
39.(2)再次遍历装配体模型结构树，得到几何约的相关信息，相关信息包括约束的类型、约束类型值、参与配合的特征面；
40.(3)查询获得零件的关键尺寸和零件级的尺寸约束方程式；
41.(4)获得约束所处的层次，以确定其属于装配结构树的哪个层次；
42.(5)通过数据结构的构建,把遍历获得的零件及相关信息进行存储,构造solidworks信息模型；
43.(6)零件的语义的确认标志置false。
44.以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。