本技术涉及工程优化设计领域，具体地涉及一种散料系统倾卸机构的铰点优化方法以及优化系统。
背景技术：
1、包括果穗箱在内的倾卸机构是农业种植物(例如玉米)收获机的临时收获料仓，其作用为临时存储所收获的果穗；并且待果穗箱载满后，通过其油缸的伸缩，带动箱体翻转运动，从而将收获的果穗快速转移至货车料斗，运输至指定粮仓。其中，果穗箱的铰点位置关系决定了其在翻转过程中各机构的受力情况。因此，合理的铰点布置能实现油缸力和油缸行程的最优匹配，即在满足油缸设计安全的前提下，最大程度降低翻转过程中的最大油缸力，可以相应地采用小规格油缸，从而降低设计成本。
2、现有的技术针对变幅运动，通常以油缸力最小化为优化目标，来实现铰点位置的优化。但现有技术仅适用于刚体的变幅运动(可认为重心位置相对不变)，而玉米果穗堆属于散料系统。也就是说，当玉米果穗堆所处料仓发生翻转运动时，果穗堆在料仓内也会随之发生形态变化，这种仓内果穗堆合重心的变化，会造成油缸力的变化与常规的刚体运动相异，因此无法精确地模拟。
3、可见，现有技术无法考虑到其中的离散物料随位置的改变而产生重心的变化，从而导致油缸力的理论计算力不准确。尤其在果穗倾卸过程中，仓内果穗减少，其油缸力也相应变小，因此造成油缸力的计算与实际不符，从而影响后续油缸规格选取和铰点优化。
技术实现思路
1、本技术实施例的目的是提供一种散料系统倾卸机构的铰点优化方法以及优化系统，用以实现箱体散料系统在倾卸过程中实现油缸力最小化的铰点优化。
2、为了实现上述目的，本技术第一方面提供一种散料系统倾卸机构的铰点优化方法，所述铰点优化方法包括：根据油缸在所述倾卸机构上的初始铰点信息，以多体动力学-离散元的耦合建模方式获取所述油缸在所述倾卸机构的翻转过程中的角度时程曲线和力时程曲线，其中，所述初始铰点信息包括至少两个固定铰点以及至少一个移动铰点的初始位置信息；根据所述角度时程曲线和所述力时程曲线，确定所述倾卸机构的翻转角度与所述油缸的施加力矩之间的角度力矩时程曲线；基于所述角度力矩时程曲线以及所述油缸的约束条件对所述油缸在所述倾卸机构上的铰点位置进行优化变更，以确定所述油缸在不同铰点位置下的最大施加力；以及将所述最大施加力最小的铰点位置确定为目标铰点位置。
3、在本技术实施例中，所述根据油缸在所述倾卸机构上的初始铰点信息，以多体动力学-离散元的耦合建模方式获取所述油缸在所述倾卸机构的翻转过程中的角度时程曲线和力时程曲线，包括：基于所述倾卸机构、铰点以及所述油缸之间的连接关系，建立多体动力学模型，其中，所述连接关系包括所述倾卸机构在铰点间的旋转连接关系，以及所述油缸在铰点间的滑动连接关系；基于所述倾卸机构中的离散物料参数，建立离散元模型，其中，所述离散物料参数包括离散物料质量、离散物料堆的形态、离散物料间的第一接触参数以及离散物料与箱体壁面间的第二接触参数；基于所述油缸的推送速度以及所述多体动力学模型，确定所述油缸在所述倾卸机构的翻转过程中的角度时程曲线，其中，所述推送速度小于设定速度；以及将所述离散元模型与所述多体动力学模型耦合，以确定所述油缸在所述倾卸机构的翻转过程中的力时程曲线。
4、在本技术实施例中，所述初始铰点信息包括第一固定铰点、第二固定铰点以及移动铰点，所述基于所述油缸的推送速度以及所述多体动力学模型，确定所述油缸在所述倾卸机构的翻转过程中的角度时程曲线，包括：基于推送速度v，以下式确定设定夹角随着推动时间t的角度时程曲线θ(t)：
5、lc(t)＝lc1+v*t
6、
7、其中，lc1为初始状态下的油缸长度，lc(t)为驱动过程中的油缸长度；la0为所述第一固定铰点a与所述第二固定铰点b形成的线段ab的初始距离，lb0为所述第一固定铰点a与所述移动铰点c形成的线段ac的初始距离；所述设定夹角为以所述第一固定铰点a为顶点、以所述线段ac和所述线段ab为边形成的夹角，k0为所述设定夹角的初始角度。
8、在本技术实施例中，所述根据所述角度时程曲线和所述力时程曲线，确定所述倾卸机构的翻转角度与所述油缸的施加力矩之间的角度力矩时程曲线，包括：基于角度时程曲线θ(t)和力时程曲线f(t)，以下式确定角度力矩时程曲线m(t)：
9、
10、m(t)＝f(t)*l(t)
11、其中，l(t)为初始铰点位置下所述油缸对所述倾卸机构的力臂时程曲线。
12、在本技术实施例中，所述基于所述角度力矩时程曲线以及所述油缸的约束条件对所述油缸在所述倾卸机构上的铰点位置进行优化变更，以确定所述油缸在不同铰点位置下的最大施加力，包括：对所述第二固定铰点和所述移动铰点进行位置变更，以确定所述第一固定铰点与所述第二固定铰点之间的第一距离，以及所述第一固定铰点与所述移动铰点之间的第二距离；根据所述第一距离和第二距离，确定优化变更铰点位置下所述油缸对所述倾卸机构的力臂时程曲线；以及根据所述力臂时程曲线和所述角度力矩时程曲线，确定所述油缸在该铰点位置下的最大施加力。
13、在本技术实施例中，所述根据所述第一距离和第二距离，确定优化变更铰点位置下所述油缸对所述倾卸机构的力臂时程曲线，包括：根据第一距离la和第二距离lb，以下式确定优化变更铰点位置下所述油缸对所述倾卸机构的力臂时程曲线dcyl(t)：
14、
15、其中，所述第一固定铰点的位置信息为原点(0,0)，所述第二固定铰点的变更位置信息为(x1,y1)，所述移动铰点的变更位置信息为(x2,y2)；k为初始铰点位置下的设定夹角在该铰点位置下的初始角度，θ(t)为所述初始铰点位置下的所述设定夹角的角度时程曲线。
16、在本技术实施例中，所述根据所述力臂时程曲线和所述角度力矩时程曲线，确定所述油缸在该铰点位置下的最大施加力，包括：根据力臂时程曲线dcyl(t)和角度力矩时程曲线m(t)，以下式确定所述油缸在该铰点位置下的最大施加力fcyl_max：
17、
18、fcyl_max＝max{fcyl(t)}。
19、在本技术实施例中，所述约束条件包括稳定性系数和油缸最小安装距离限制。
20、在本技术实施例中，通过以下各者算法中的至少一者对所述油缸在所述倾卸机构上的铰点位置进行优化变更：遗传算法、下山法、退火法。
21、本技术第二方面提供一种散料系统倾卸机构的铰点优化系统，所述优化系统包括：时程曲线获取装置，用于根据油缸在所述倾卸机构上的初始铰点信息，以多体动力学-离散元的耦合建模方式获取所述油缸在所述倾卸机构的翻转过程中的角度时程曲线和力时程曲线，其中，所述初始铰点信息包括至少两个固定铰点以及至少一个移动铰点的初始位置信息；角度力矩确定装置，用于根据所述角度时程曲线和所述力时程曲线，确定所述倾卸机构的翻转角度与所述油缸的施加力矩之间的角度力矩时程曲线；铰点优化变更装置，用于基于所述角度力矩时程曲线以及所述油缸的约束条件对所述油缸在所述倾卸机构上的铰点位置进行优化变更，以确定所述油缸在不同铰点位置下的最大施加力；以及目标铰点确定装置，用于将所述最大施加力最小的铰点位置确定为目标铰点位置。
22、通过上述技术方案，本发明所采用的“多体动力学+离散元”的耦合模型，实现了装有离散物料的箱体在翻转作业过程中的推送油缸力提取，能真实反映倾卸机构在倾卸过程中的油缸力变化，并由此得到倾卸机构及其中的离散物料所施加的总弯矩值。进而基于该油缸力所计算的弯矩动态曲线，结合倾卸机构的几何翻转曲线，提出了倾卸机构等效优化数学模型，为后续油缸力最小化的铰点组优化提供了可实现性。
23、本技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。