一种维修设备的可达性自动评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种维修设备的可达性自动评估方法及系统。所述评估方法包括：获取虚拟手臂数据以及虚拟维修对象数据；根据虚拟维修对象数据，基于邻接点法矢夹角特征点提取算法提取第一虚拟维修对象特征点；根据虚拟维修对象数据，基于顶点显著性特征点提取算法提取第二虚拟维修对象特征点；根据虚拟手臂数据构建虚拟手臂运动学模型；根据虚拟手臂运动学模型确定虚拟手臂末端或维修工具末端的可达域；将可达域进行空间剖分，确定特征点集合；根据第一虚拟维修对象特征点、第二虚拟维修对象特征点以及特征点集合确定维修设备的可达性评估结果。根据本发明专利技术所提供的评估方法及系统能够自动确定维修设备的可达性评估结果，提高可达性评估结果准确度。

An Automatic Assessment Method and System for Accessibility of Maintenance Equipment

The invention discloses an automatic accessibility evaluation method and system for maintenance equipment. The evaluation methods include: acquiring virtual arm data and virtual maintenance object data; extracting first virtual maintenance object feature points based on adjacent normal vector angle feature points extraction algorithm according to virtual maintenance object data; extracting second virtual maintenance object feature points based on vertex saliency feature points extraction algorithm according to virtual maintenance object data; and extracting second virtual maintenance object feature points based on virtual arm data. The virtual arm kinematics model is constructed; the reachability of the virtual arm end or the maintenance tool end is determined according to the virtual arm kinematics model; the reachability region is divided into three parts to determine the set of feature points; and the reachability evaluation results of maintenance equipment are determined according to the feature points of the first virtual maintenance object, the second virtual maintenance object and the set of feature points. According to the evaluation method and system provided by the present invention, the reachability evaluation results of maintenance equipment can be automatically determined, and the accuracy of the reachability evaluation results can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种维修设备的可达性自动评估方法及系统
本专利技术涉及维修作业领域，特别是涉及一种维修设备的可达性自动评估方法及系统。
技术介绍
为保证装备具有较好的使用可靠性和较低的全寿命周期费用，维修性设计与验证已成为装备设计过程中必不可少的研究领域。在虚拟维修环境下，可以对装备的维修过程进行仿真，同时仿真过程中产生的大量数据可以对装备维修可达性、维修时间、维修安全等分析评价提供有力支撑，提前发现装备维修性设计方面的不足，并提出改进意见等，将有关产品维修性方面的潜在问题在设计阶段的早期就予以解决。可达性是指在维修操作中，当维修人员的维修站位确定之后，维修部件是否在虚拟人手臂或手持工具的可达范围内。可达性是维修性定性要求中最重要的设计指标，是维修性设计分析的第一要素。虚拟维修技术为维修提供了一个逼真的仿真环境。然而，虚拟维修技术发展还不成熟，目前基于虚拟维修技术的维修性评价工作仍然以定性评价为主，缺乏客观、定量、全面的评价方法。如可达性评价中，主要是利用DELMIA软件提供的分析工具，构造出虚拟人手臂包络球，评价人员通过观察维修部位与手臂包络球的相对位置关系得出维修可达性评估结果。国内外许多科研院所、高等院校在维修性设计理论和分析方法上做了大量的研究工作，在可达性评价方面也提出了许多量化评价方法。然而，这些评价方法还存在着主观定性和依赖专家经验等问题，评价过程中存在着大量的主观行为，并且无法给出客观数据支撑评估结果，可达性评估结果准确性低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种维修设备的可达性自动评估方法及系统，以解决现有维修设备可达性评价过程中，主观意识强且依赖专家经验从而无法给出客观数据支撑评估结果，导致的可达性评估结果准确性低的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种维修设备的可达性自动评估方法，包括：获取虚拟手臂数据以及虚拟维修对象数据；根据所述虚拟维修对象数据，基于邻接点法矢夹角特征点提取算法提取第一虚拟维修对象特征点；根据所述虚拟维修对象数据，基于顶点显著性特征点提取算法提取第二虚拟维修对象特征点；根据所述虚拟手臂数据构建虚拟手臂运动学模型；根据所述虚拟手臂运动学模型确定虚拟手臂末端或维修工具末端的可达域；将所述可达域进行空间剖分，确定特征点集合；根据所述第一虚拟维修对象特征点、所述第二虚拟维修对象特征点以及所述特征点集合确定所述维修设备的可达性评估结果；所述可达性评估结果包括维修部件在维修可达范围内以及维修部件未在维修可达范围内。可选的，所述根据所述虚拟维修对象数据，基于邻接点法矢夹角特征点提取算法提取第一虚拟维修对象特征点，具体包括：采用三角网格模型描述虚拟维修对象；遍历所述三角网络模型的每一条边，并判断所述边是否只存在一个邻接点，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示为所述边只存在一个邻接点，确定所述边的两个端点为第一虚拟维修对象特征点；若所述第一判断结果表示为所述边不只存在一个邻接点，确定邻接点之间的法矢夹角；判断所述法矢夹角的权重是否小于权重阈值，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示为所述法矢夹角的权重小于权重阈值，确定所述边的两个端点为第一虚拟维修对象特征点。可选的，所述根据所述虚拟维修对象数据，基于顶点显著性特征点提取算法提取第二虚拟维修对象特征点，具体包括：计算所述三角网格模型内相邻顶点之间的高度差；根据所述高度差确定各个顶点的平均高度差；根据所述平均高度差提取第二虚拟维修对象特征点。可选的，所述根据所述虚拟手臂数据构建虚拟手臂运动学模型，具体包括：根据所述虚拟手臂数据确定虚拟手臂的转动自由度；所述转动自由度包括肩关节转动自由度、肘关节转动自由度以及腕关节转动自由度；根据所述转动自由度确定各个关节之间的相对变换矩阵；所述相对变换矩阵包括肘关节相对于肩关节的变换矩阵、腕关节相对肘关节的变换矩阵以及手臂末端操作点相对于腕关节的变换矩阵；根据所述相对变换矩阵构建虚拟手臂运动学模型。可选的，所述根据所述第一虚拟维修对象特征点、所述第二虚拟维修对象特征点以及所述特征点集合确定所述维修设备的可达性评估结果，具体包括：判断每一个所述第一虚拟维修对象特征点以及每一个第二虚拟维修对象特征点是否全部属于所述特征点集合，得到第三判断结果；若所述第三判断结果每一个所述第一虚拟维修对象特征点以及每一个第二虚拟维修对象特征点全部属于所述特征点集合，确定所述可达性评估结果为维修部件在维修可达范围内；若所述第三判断结果每一个所述第一虚拟维修对象特征点以及每一个第二虚拟维修对象特征点不全部属于所述特征点集合，确定所述可达性评估结果为维修部件未在维修可达范围内。一种维修设备的可达性自动评估系统，包括：数据获取模块，用于获取虚拟手臂数据以及虚拟维修对象数据；第一虚拟维修对象特征点提取模块，用于根据所述虚拟维修对象数据，基于邻接点法矢夹角特征点提取算法提取第一虚拟维修对象特征点；第二虚拟维修对象特征点提取模块，用于根据所述虚拟维修对象数据，基于顶点显著性特征点提取算法提取第二虚拟维修对象特征点；虚拟手臂运动学模型构建模块，用于根据所述虚拟手臂数据构建虚拟手臂运动学模型；可达域确定模块，用于根据所述虚拟手臂运动学模型确定虚拟手臂末端或维修工具末端的可达域；特征点集合确定模块，用于将所述可达域进行空间剖分，确定特征点集合；可达性评估结果确定模块，用于根据所述第一虚拟维修对象特征点、所述第二虚拟维修对象特征点以及所述特征点集合确定所述维修设备的可达性评估结果；所述可达性评估结果包括维修部件在维修可达范围内以及维修部件未在维修可达范围内。可选的，所述第一虚拟维修对象特征点提取模块具体包括：虚拟维修对象描述单元，用于采用三角网格模型描述虚拟维修对象；第一判断单元，用于遍历所述三角网络模型的每一条边，并判断所述边是否只存在一个邻接点，得到第一判断结果；第一虚拟维修对象特征第一确定单元，用于若所述第一判断结果表示为所述边只存在一个邻接点，确定所述边的两个端点为第一虚拟维修对象特征点；法矢夹角确定单元，用于若所述第一判断结果表示为所述边不只存在一个邻接点，确定邻接点之间的法矢夹角；第二判断单元，用于判断所述法矢夹角的权重是否小于权重阈值，得到第二判断结果；第一虚拟维修对象特征点第二确定单元，用于若所述第二判断结果表示为所述法矢夹角的权重小于权重阈值，确定所述边的两个端点为第一虚拟维修对象特征点。可选的，所述第二虚拟维修对象特征点提取模块具体包括：高度差计算单元，用于计算所述三角网格模型内相邻顶点之间的高度差；平均高度差确定单元，用于根据所述高度差确定各个顶点的平均高度差；第二虚拟维修对象特征点提取单元，用于根据所述平均高度差提取第二虚拟维修对象特征点。可选的，所述虚拟手臂运动学模型构建模块具体包括：转动自由度确定单元，用于根据所述虚拟手臂数据确定虚拟手臂的转动自由度；所述转动自由度包括肩关节转动自由度、肘关节转动自由度以及腕关节转动自由度；相对变换矩阵确定单元，用于根据所述转动自由度确定各个关节之间的相对变换矩阵；所述相对变换矩阵包括肘关节相对于肩关节的变换矩阵、腕关节相对肘关节的变换矩阵以及手臂末端操作点相对于腕关节的变换矩阵；虚拟手臂运动学模型构建单元，用于根据所述相对变换矩阵构建虚拟手臂运动学模型。可选的，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种维修设备的可达性自动评估方法，其特征在于，包括：获取虚拟手臂数据以及虚拟维修对象数据；根据所述虚拟维修对象数据，基于邻接点法矢夹角特征点提取算法提取第一虚拟维修对象特征点；根据所述虚拟维修对象数据，基于顶点显著性特征点提取算法提取第二虚拟维修对象特征点；根据所述虚拟手臂数据构建虚拟手臂运动学模型；根据所述虚拟手臂运动学模型确定虚拟手臂末端或维修工具末端的可达域；将所述可达域进行空间剖分，确定特征点集合；根据所述第一虚拟维修对象特征点、所述第二虚拟维修对象特征点以及所述特征点集合确定所述维修设备的可达性评估结果；所述可达性评估结果包括维修部件在维修可达范围内以及维修部件未在维修可达范围内。

【技术特征摘要】
1.一种维修设备的可达性自动评估方法，其特征在于，包括：获取虚拟手臂数据以及虚拟维修对象数据；根据所述虚拟维修对象数据，基于邻接点法矢夹角特征点提取算法提取第一虚拟维修对象特征点；根据所述虚拟维修对象数据，基于顶点显著性特征点提取算法提取第二虚拟维修对象特征点；根据所述虚拟手臂数据构建虚拟手臂运动学模型；根据所述虚拟手臂运动学模型确定虚拟手臂末端或维修工具末端的可达域；将所述可达域进行空间剖分，确定特征点集合；根据所述第一虚拟维修对象特征点、所述第二虚拟维修对象特征点以及所述特征点集合确定所述维修设备的可达性评估结果；所述可达性评估结果包括维修部件在维修可达范围内以及维修部件未在维修可达范围内。2.根据权利要求1所述的维修设备的可达性自动评估方法，其特征在于，所述根据所述虚拟维修对象数据，基于邻接点法矢夹角特征点提取算法提取第一虚拟维修对象特征点，具体包括：采用三角网格模型描述虚拟维修对象；遍历所述三角网络模型的每一条边，并判断所述边是否只存在一个邻接点，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示为所述边只存在一个邻接点，确定所述边的两个端点为第一虚拟维修对象特征点；若所述第一判断结果表示为所述边不只存在一个邻接点，确定邻接点之间的法矢夹角；判断所述法矢夹角的权重是否小于权重阈值，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示为所述法矢夹角的权重小于权重阈值，确定所述边的两个端点为第一虚拟维修对象特征点。3.根据权利要求2所述的维修设备的可达性自动评估方法，其特征在于，所述根据所述虚拟维修对象数据，基于顶点显著性特征点提取算法提取第二虚拟维修对象特征点，具体包括：计算所述三角网格模型内相邻顶点之间的高度差；根据所述高度差确定各个顶点的平均高度差；根据所述平均高度差提取第二虚拟维修对象特征点。4.根据权利要求1所述的维修设备的可达性自动评估方法，其特征在于，所述根据所述虚拟手臂数据构建虚拟手臂运动学模型，具体包括：根据所述虚拟手臂数据确定虚拟手臂的转动自由度；所述转动自由度包括肩关节转动自由度、肘关节转动自由度以及腕关节转动自由度；根据所述转动自由度确定各个关节之间的相对变换矩阵；所述相对变换矩阵包括肘关节相对于肩关节的变换矩阵、腕关节相对肘关节的变换矩阵以及手臂末端操作点相对于腕关节的变换矩阵；根据所述相对变换矩阵构建虚拟手臂运动学模型。5.根据权利要求1所述的维修设备的可达性自动评估方法，其特征在于，所述根据所述第一虚拟维修对象特征点、所述第二虚拟维修对象特征点以及所述特征点集合确定所述维修设备的可达性评估结果，具体包括：判断每一个所述第一虚拟维修对象特征点以及每一个所述第二虚拟维修对象特征点是否全部属于所述特征点集合，得到第三判断结果；若所述第三判断结果每一个所述第一虚拟维修对象特征点以及每一个所述第二虚拟维修对象特征点全部属于所述特征点集合，确定所述可达性评估结果为维修部件在维修可达范围内；若所述第三判断结果每一个所述第一虚拟维修对象特征点以及每一个所述第二虚拟维修对象特征点不全部属于所述特征点集合，确定所述可达性评估结果为维修部件未在维修可达范围内。6.一种维修设备的可达性自动评估系统，其特征在于，包括：数据获取模块，用于获取虚拟手臂数据以及虚拟维修对象数据；第一虚拟维修对象特征点提取模块，用于根据所述虚拟维修对象数据，基于邻接点法矢...

【专利技术属性】
技术研发人员：周栋，梅顺峰，周启迪，郭子玥，郝爱民，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11