一种基于路径规划算法自动生成三维零件的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于路径规划算法自动生成三维零件的设计方法，通过构建设计环境，根据工艺要求对路径规划算法进行约束和校准，得到适应于三维零件生成的抽象路径生成算法；基于该算法在三维设计环境中得出一种三维抽象路径；根据安装要求对三维抽象路径进行优化，将一种三维抽象路径优化为抽象路径集，该抽象路径集中包括了一条或多条符合工艺要求的抽象路径；通过草图生成算法，根据抽象路径集自动生成二维草图集；在二维草图集上自动添加约束，得到全约束的二维草图集；根据建模参数，将全约束的二维草图集进行自动建模，得到三维零件。本发明专利技术通过改进的路径规划算法和数模的自动生成，极大的提高了设计人员对于机械零件的设计效率。零件的设计效率。零件的设计效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于路径规划算法自动生成三维零件的设计方法


[0001]本专利技术涉及机械设计
，特别是一种基于路径规划算法自动生成三维零件的设计方法。

技术介绍

[0002]在机械设计领域，常用连接件的设计占据了设计工作的大部分时间，在以往连接件的设计过程中，几乎都是由设计工程师根据设计规则以及相关工作经验通过CAD软件绘制草图，拉伸形体。并且设计的连接件需要考虑与周边零件的干涉避让，连接件的材料成本，易加工制造，易安装，以及结构合理等诸多因素，往往需要设计工程师反复思考设计、修改，既费时又费力。
[0003]《一种机械结构件结构参数优化设计方法》考虑实际装配边界约束影响的机械结构件结构参数优化设计方法，包括以下步骤：步骤一：建立所优化机械结构件在实际工况下的整体装配有限元模型，所述整体装配有限元模型包含了所优化机械结构件，以及与该所优化机械结构件有装配约束关系的其它机械结构件；步骤二：定义所优化机械结构件的结构参数优化设计变量，定义结构设计变量的优化约束条件，选取优化目标性能评价指标，所述优化目标性能评价指标包括：所优化机械结构件在实际工况下的整体装配有限元模型的结构力学性能；该专利是为了更好的评估机械设计结果的合理性，通过有限元分析的手段，优化机械设计方案；但是并没有对设计效率有太大的提升。
[0004]《设计表示机械结构的3D建模的对象》一种用于通过用户与基于特征的CAD系统的交互来设计3D建模对象的计算机实现的方法，所述3D建模对象表示机械结构，所述机械结构包括结构构件，所述机械结构还包括角部，相应的结构构件在每个角部处连接在一起，所述方法包括：
‑
创建结构构件特征，每个结构构件特征表示所述机械结构的相应结构构件；基于所述结构构件特征来向所述用户显示所述机械结构的图形表示；以及创建角部特征，每个角部特征表示所述机械结构的相应角部，所述角部特征的创建由所述系统自动执行，所述角部特征能够由所述用户编辑。该专利通过预先定义的一些机械设计结构件，并通过角度特征，来实现结构件的快速匹配，并且允许对于预定义的结构件进行编辑；虽然提高了通过结构件组合成整体装配件的效率，但是结构件本身的建模过程并没有提升效率，而且设计的机械结构受限。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种通过改进的路径规划算法和数模的自动生成，极大的提高了设计人员对于机械零件的设计效率的基于路径规划算法自动生成三维零件的设计方法。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
[0007]一种基于路径规划算法自动生成三维零件的设计方法，步骤包括：
[0008]构建设计环境：根据设计场景的输入信息，构建生成三维零件的设计环境；所述设
计场景的输入信息包括设计场景中三维数模信息、工艺要求、安装要求、加工要求和建模参数；
[0009]改进路径规划算法并且优化三维零件的对应路径：根据工艺要求对路径规划算法改进，基于改进的路径规划算法生成三维零件的初步三维路径；通过加工要求对初步三维路径进行约束和校准优化，得到优化的三维路径；根据安装要求对优化三维路径进行拆分；得到优化的三维路径集，该优化三维路径集中包括一条或多条符合工艺要求的三维路径；
[0010]零件数模自动生成：根据抽象路径集通过草图生成算法自动生成二维草图集；在二维草图集上自动添加约束，得到全约束的二维草图集；根据建模参数，将全约束的二维草图集进行自动建模，得到三维零件。
[0011]所述构建设计环境的步骤包括：
[0012]设计场景输入信息中包括了已有的工件三维数模、多个零件的三维数模；
[0013]提取零件三维数模的孔特征信息：包括孔的个数，孔的轴心坐标，法向量和半径；并将同一安装面的孔特征信息进行组合构建孔组；每个三维零件上有不同的孔组信息；
[0014]确定起始位置信息和终止位置信息；
[0015]组合构建设计环境：通过所有零件三维数模构成的包围盒对工件进行截取；将截取后的工件和所有零件组合到一起构建设计环境。
[0016]所述确定起始位置信息和终止位置信息的确定方式包括以下两种：
[0017]通过用户交互的方式：选择某个零件的孔组作为起始位置信息，选择另一个零件的孔组作为终止位置信息；
[0018]通过不同零件的类型和空间位置分布，自动判断某个零件的孔组为起始位置信息，另一个零件的孔组为终止位置信息；
[0019]所述三维数模信息：场景中的工件数模信息，所有零件三维数模信息；
[0020]所述工艺要求：安全距离要求，路径方向要求，路径转折次数要求，路径角度要求；
[0021]所述安装要求：调节方向的要求，调节间隙的要求、拆分次数的要求等；
[0022]所述加工要求：三维零件的表面平整、粗糙度要求，从而要求路径平整；
[0023]所述建模参数要求：草图参数要求，约束要求，数值优化要求，三维形体参数要求及打孔参数要求。
[0024]所述路径规划算法为A start路径规划算法，对A start路径规划算法的改进包括：
[0025]根据设计环境构建三维环境地图，并通过安全距离要求对三维环境地图中障碍物所处区域进行扩充，得到优化的三维地图；
[0026]计算距离代价值，根据起始位置信息和空间坐标系的六向搜索(
±
X,
±
Y，
±
Z)，计算到终止位置信息的距离代价值；
[0027]根据路径方向要求和路径角度要求对A star路径规划算法的位置更新方向进行约束校准，得到约束后的A star算法；
[0028]利用约束后的A star算法，在三维地图中对扩展点进行有向选择，优先保持水平/垂直的方向探索；逐级扩展确定可行路径。
[0029]基于工艺要求和加工要求对初步路径进行优化的步骤包括：
[0030]根据三维零件的表面平整要求，对生成的可行路径进行平滑约束校准；
[0031]从起始位置信息开始，到终止位置信息结束；通过改进的路径规划算法，得到多条三维路径；
[0032]根据路径转折次数要求，对多条抽象路径进行对比分析，得到一条合适的抽象路径。
[0033]基于安装要求对优化的三维路径进行优化步骤包括：
[0034]根据调节方向(x/y/z)的要求确定合适的抽象路径的偏移方向；
[0035]根据调节间隙的要求确定抽象路径的偏移距离，通过不同偏移距离，实现不同厚度垫片的自动安装，从而实现了安装间隙的调节；
[0036]根据拆分次数的要求，在确定的偏移方向和偏移距离上对抽象路径进行复制，拆分和偏移，得到满足安装要求的三维抽象路径集。
[0037]所述零件数模自动生成步骤包括：
[0038]根据草图参数要求对三维抽象路径集进行扩充，得到二维草图集；
[0039]根据数值优化要求，算法自动对二维草图集中的所有草图尺寸参数进行取整优化，得到优化的二维草本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于路径规划算法自动生成三维零件的设计方法，其特征在于步骤包括：构建设计环境：根据设计场景的输入信息，构建生成三维零件的设计环境；所述设计场景的输入信息包括设计场景中三维数模信息、工艺要求、安装要求、加工要求和建模参数；改进路径规划算法并且优化三维零件的对应路径：根据工艺要求对路径规划算法改进，基于改进的路径规划算法生成三维零件的初步三维路径；通过加工要求对初步三维路径进行约束和校准优化，得到优化的三维路径；根据安装要求对优化三维路径进行拆分；得到优化的三维路径集，该优化三维路径集中包括一条或多条符合工艺要求的三维路径；零件数模自动生成：根据抽象路径集通过草图生成算法自动生成二维草图集；在二维草图集上自动添加约束，得到全约束的二维草图集；根据建模参数，将全约束的二维草图集进行自动建模，得到三维零件。2.根据权利要求1所述的一种基于路径规划算法自动生成三维零件的设计方法，其特征在于，所述构建设计环境的步骤包括：设计场景输入信息中包括了已有的工件三维数模、多个零件的三维数模；提取零件三维数模的孔特征信息：包括孔的个数，孔的轴心坐标，法向量和半径；并将同一安装面的孔特征信息进行组合构建孔组；每个三维零件上有不同的孔组信息；确定起始位置信息和终止位置信息；组合构建设计环境：通过所有零件三维数模构成的包围盒对工件进行截取；将截取后的工件和所有零件组合到一起构建设计环境。3.根据权利要求2所述的一种基于路径规划算法自动生成三维零件的设计方法，其特征在于，所述确定起始位置信息和终止位置信息的方式包括以下两种：通过用户交互的方式：选择某个零件的孔组作为起始位置信息，选择另一个零件的孔组作为终止位置信息；通过不同零件的类型和空间位置分布，自动判断某个零件的孔组为起始位置信息，另一个零件的孔组为终止位置信息。4.根据权利要求1所述的一种基于路径规划算法自动生成三维零件的设计方法，其特征在于，所述三维数模信息：场景中的工件数模信息，所有零件三维数模信息；所述工艺要求：安全距离要求，路径方向要求，路径转折次数要求，路径角度要求；所述安装要求：调节方向的要求，调节间隙的要求、拆分次数的要求等；所述加工要求：三维零件的表面平整、粗糙度要求，从而要求路径平整；所述建模参数要求：草图参数要求，约束要求，数值优化要求，三维形体参数要求及打孔参数要求。5.根据权利要求1所述的一种基于路径规划算法自动生成三维零件的设计方法，其特征在于，所述路径规划算法为A start路径规划算法，对A start路径规划算法的改进包括：根据设计环境构建三维环境地图，并通过安全距离要求对三维环境地图中障碍物所处区域进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泳荣，杨庆保，郑锐，郜清科，李吉超，
申请(专利权)人：上海设序科技有限公司，
类型：发明
国别省市：