一种考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划方法技术

一种考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划方法，其包括以下步骤：首先对布线空间三维环境进行建模，采用分区式空间划分方法对产品整机空间进行分区划分，得到需要布线的待布线空间区域和非布线空间区域；其次对划分出的待布线空间区域进行栅格化处理，建立障碍物包围盒模型，建立布线空间网格模型和布线路径点的抽象模型；最后利用蚁群优化算法和考虑重力约束规则进行柔性线缆路径的智能搜索和寻优。本发明专利技术能够实现自动避障，生成满足一定工程规则的布线路径，提高了柔性线缆的布线效率以及产品最终的整机性能和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划方法
本专利技术涉及一种计算机布线技术，尤其是一种线缆路径规划技术，具体地说是一种考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划方法。
技术介绍
随着以航空、航天、船舶、电子、兵工等大型电气系统的飞速发展，现代电气系统日益复杂化、集成化。大量的电气设备密集于系统平台上，用于各设备和部件连接的线缆所传送的信号越来越多，频率越来越高，消耗的功率也越来越大，对线缆的敷设提出了更高的要求和挑战。线缆本身由于属于柔性体，线缆的尺寸、形态和空间走向受到产品结构空间的约束，敷设工艺复杂多变。不合理的线缆敷设会导致线缆零件出现故障的概率增加，进而导致电气性能不稳定、电磁兼容性差，最终影响产品整机性能的发挥。进行计算机辅助线缆装配的一个关键是要解决线缆敷设路径的规划。线缆敷设路径规划既要考虑空间约束，又要考虑机械性能和电气性能等约束条件，是一类特殊的带性能约束的布局问题，其中待定参数多、可行空间复杂。线缆的敷设路径不仅影响布局空间的结构设计、线缆总长度和总重量，而且还关系到整个系统的性能、可靠性、安装维修性和电子设备间的电磁兼容性等，是工程设计中亟待解决的关键问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对产品整机模型布线过程中，柔性线缆路径敷设不合理、布线效率低等问题，专利技术一种考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划方法。一种考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划方法，其特征在于：首先对布线空间三维环境进行建模，采用分区式空间划分方法对产品整机空间进行分区划分，得到需要布线的待布线空间区域和非布线空间区域；其次对划分出的待布线空间区域进行栅格化处理，建立障碍物包围盒模型，建立布线空间网格模型和布线路径点的抽象模型；最后利用蚁群优化算法和考虑重力约束规则进行柔性线缆路径的智能搜索和寻优。它包括以下具体步骤：步骤1：创建产品整机结构模型；步骤2：采用分区式空间划分方法对产品整机空间进行分区划分；步骤3：获取待布线空间区域和非布线空间区域；步骤4：对划分出的待布线空间区域进行栅格化处理；步骤5：建立障碍物包围盒模型；步骤6：建立布线空间网格模型和布线路径点的抽象模型；步骤7：利用蚁群优化算法和考虑重力约束规则进行柔性线缆路径的智能搜索和寻优。最后，进行算法测试和仿真实验，根据仿真实验结果进一步优化，直至满足使用要求。作为上述柔性线缆的一种路径规划寻优方法，在步骤2中，产品整机空间划分出的待布线空间区域个数根据产品结构的复杂度和布线环境要求确定。作为上述柔性线缆的一种路径规划寻优方法，在步骤4中，待布线空间区域的栅格化处理同时考虑了空间抽象化表示的精确性和结构模型的计算存储量。作为上述柔性线缆的一种路径规划寻优方法，在步骤5和步骤6中，考虑了产品结构内部其他零部件对柔性线缆路径规划的影响。作为上述柔性线缆的一种路径规划寻优方法，在步骤7中，柔性线缆在路径的智能搜索和寻优过程中考虑了线缆自身的重力因素，寻找出来的路径更满足实际布线要求。作为上述柔性线缆的一种路径规划寻优方法，所划分出的待布线空间区域分别被定义为A1、A2和A3，非布线空间区域被定义为A4。作为上述柔性线缆的一种路径规划寻优方法，所述区域A1有接线器S1、区域A2有接线器S2、区域A3有集线器C。作为上述柔性线缆的一种路径规划寻优方法，所述集线器C有布线入口端T1和布线出口端T2。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出了一种考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划方法，其通过考虑线缆的重力约束规则，柔性线缆路径规划过程中的线缆路径点可依附于相应设备实体表面，满足柔性线缆与设备间的贴壁规则，更符合实际柔性线缆的布线情况。此柔性线缆路径规划方法能够实现自动避障，生成满足一定工程规则的布线路径，提高了柔性线缆的布线效率以及产品最终的整机性能和可靠性。本专利技术解决了对产品整机空间进行栅格化处理所带来的计算存储量大、计算效率低的问题，还解决了基本蚁群优化算法在三维环境下进行路径搜索时路径点容易出现发散现象的问题。通过考虑线缆的重力约束规则，柔性线缆路径规划过程中的线缆路径点可依附于相应设备实体表面，满足柔性线缆与设备间的贴壁规则，更符合实际柔性线缆的布线情况。此柔性线缆路径规划方法能够实现自动避障，生成满足一定工程规则的布线路径，提高了柔性线缆的布线效率以及产品最终的整机性能和可靠性。附图说明图1为本专利技术的考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划流程图。图2为本专利技术的布线空间的分区式划分示意图。图3为本专利技术的布线空间栅格化处理模型示意图。图4为本专利技术的布线障碍物包围盒模型示意图。图5为本专利技术的在三维布线环境中考虑重力约束规则示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。如图1-5所示。一种考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划方法，其适用于复杂机电产品的线缆敷设。具体的为线缆布线设计、线缆装配工艺制定的线缆敷设方法，该方法能提高柔性线缆的布线效率以及产品最终的整机性能和可靠性。如图1所示，一种考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划方法，首先对利用CREO、CATIA、UG等三维设计软件创建的产品整机结构模型进行布线空间三维环境建模，采用分区式空间划分方法对产品整机空间进行分区划分，得到需要布线的待布线空间区域和非布线空间区域；其次对划分出的待布线空间区域进行栅格化处理，建立障碍物包围盒模型，建立布线空间网格模型和布线路径点的抽象模型；最后利用蚁群优化算法和考虑重力约束规则进行柔性线缆路径的智能搜索和寻优。具体的步骤如下：步骤1：利用CREO、CATIA、UG等三维设计软件，根据工程实际中的产品型号图纸和数据信息，创建产品整机结构模型；步骤2：采用分区式空间划分方法对产品整机空间进行分区划分；步骤3：获取待布线空间区域和非布线空间区域；步骤4：对划分出的待布线空间区域进行栅格化处理；步骤5：建立障碍物包围盒模型；步骤6：建立布线空间网格模型和布线路径点的抽象模型；步骤7：利用蚁群优化算法和考虑重力约束规则进行柔性线缆路径的智能搜索和寻优。在步骤2中，产品整机空间划分出的待布线空间区域个数根据产品结构的复杂度和布线环境要求确定，布线设计工程师往往可根据丰富的设计经验完成。在步骤3中，图2为本实施方式提供的布线空间分区式划分示意图。在此图中将布线空间划分为4个子空间区域的并集：A＝A1∪A2∪A3∪A4，其中A表示整个模型空间。当Ai(i＝1,2,3,4)为线缆布线的固定路径段时(如线缆的固定卡槽等)，线缆经过这段区域将具有直接连通性，在进行路径搜索时可以跳过该区域。A3作为集线器，当线缆经过该结构时，该路径段可以看作入口端T1和出口端T2的直接连通，在求解S1S2之间的布线路径时，无需在此路径段作过多的算法耗费。这样S1S2之间的路径搜索可以简化为S1T1与S2T2两段的布线路径搜索，A1∪A2是本专利技术算法的求解空间。在步骤4中，对划分出的待布线空间区域进行栅格化处理时，将左下角的顶点作为三维空间的坐标原点A，在点A中建立三维坐标系A-xyz。在该坐标系中以A为顶点，沿x轴方向取产品三维结构模型的最大长度AB，沿y轴方向取产品三维结构模型的最大长度AA'，沿z轴方向取产品三维结构模型的最大长度AD，由此构成包含产品三维结构模型的立本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划方法，其特征在于：首先对布线空间三维环境进行建模，采用分区式空间划分方法对产品整机空间进行分区划分，得到需要布线的待布线空间区域和非布线空间区域；其次对划分出的待布线空间区域进行栅格化处理，建立障碍物包围盒模型，建立布线空间网格模型和布线路径点的抽象模型；最后利用蚁群优化算法和考虑重力约束规则进行柔性线缆路径的智能搜索和寻优。

【技术特征摘要】
1.一种考虑重力约束规则的柔性线缆路径智能规划方法，其特征在于：首先对布线空间三维环境进行建模，采用分区式空间划分方法对产品整机空间进行分区划分，得到需要布线的待布线空间区域和非布线空间区域；其次对划分出的待布线空间区域进行栅格化处理，建立障碍物包围盒模型，建立布线空间网格模型和布线路径点的抽象模型；最后利用蚁群优化算法和考虑重力约束规则进行柔性线缆路径的智能搜索和寻优。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于它包括以下步骤：步骤1：创建产品整机结构模型；步骤2：采用分区式空间划分方法对产品整机空间进行分区划分；步骤3：获取待布线空间区域和非布线空间区域；步骤4：对划分出的待布线空间区域进行栅格化处理；步骤5：建立布线空间网格模型和布线路径点的抽象模型；步骤6：建立障碍物包围盒模型；步骤7：利用蚁群优化算法和考虑重力约束规则进行柔性线缆路径的智能搜索和寻优。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宇，王发麟，廖文和，吴保胜，宋倩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32