[发明专利]一种凸壳橡皮筋模拟二维产品紧凑布局的变节拍操作方法

说明书

本发明为一种凸壳橡皮筋模拟二维产品紧凑布局的变节拍操作方法，橡皮筋环绕n个凸壳构成凸壳橡皮筋模型,主要步骤为：计算n个凸壳的内接圆中最小直径d；n个凸壳的面积之和S、时间节拍、T_t初始时刻模型面积S_t及据橡皮筋弹性张力估算各凸壳的初始平均速度根据凸壳数量和形状选取k值,d和L_t中较小的值与k的乘积为当前节拍距离D_Tt。时间时间节拍T_t＝δT_t’。基于T_t，计算各凸壳的运动轨迹，得到本时间节拍结束时各凸壳的位置；检查是否为紧凑布局，是则结束，否则继续。本发明D_T为参照设置变节拍T_t，有效地减少所需节拍数，提高紧凑布局设计效率，提供了机械产品设计轻量化和精量化的高效方法。

技术领域

本发明涉及凸壳橡皮筋模拟二维产品紧凑布局技术，具体为一种凸壳橡皮筋模拟二维产品紧凑布局的变节拍操作方法。

背景技术

设备机械组件布局与优化是在满足设备性能优良的前提下，在尽量小的空间中紧凑布局一系列组件，是产品设计轻量化和精量化的关键内容。

目前求解布局问题的方法有很多，但均仅适用于特定问题的求解，且容易陷入局部最优。对于复杂的布局问题，往往需要几种启发式方法组合才能解决，其求解过程比较复杂。

基于物理学的凸壳橡皮筋模拟紧凑布局方法是把包含在布局空间的各组件简化成凸壳，橡皮筋环绕凸壳，橡皮筋弹性力施加于其环绕的凸壳，使之产生移动、碰撞后旋转与滑移，橡皮筋所围面积减少，即各凸壳趋于紧凑的布局。此方法容易实现数字化、智能化。

计算机模拟橡皮筋二维产品的组件紧凑布局的方法，假设各组件凸壳的运动无摩擦、每一节拍内橡皮筋张力为常量、凸壳相互无重叠、凸壳位置不交换(即无穿透)、凸壳接触后无回弹力，凸壳接触产生的力矩和力导致凸壳的旋转、滑移或者二凸壳粘贴在一起平移。模拟过程中最为关键的是凸壳之间的碰撞检测与碰撞响应。在以上假设条件下，为了减少碰撞响应的处理复杂度，设定模拟过程按照时间节拍完成碰撞检测与碰撞响应。即把各凸壳的运动过程按给定的短的时间段逐个处理，一个时间段称为一个时间节拍，对每个时间节拍进行碰撞检测，并求解出碰撞时刻以及处理碰撞前后的运动过程。若时间节拍设置过短，可能经过多个时间节拍才能碰撞，造成对相同运动形式的重复分析与运算；若时间节拍选取过长，则一个时间节拍内产生碰撞的凸壳会较多，或者产生凸壳位置互换(穿透)将增加计算和复杂度和分析判断难度，甚至模拟计算失效。如何确立一个合理的时间节拍是橡皮筋模拟设计成功的最重要的技术关键问题之一。现有的时间节拍设定只能根据人工经验和零件运动中的碰撞深度粗略估计给定的，并没有具体的操作方法。这就使橡皮筋模拟设计过程中无法有效地减少时间节拍内凸壳碰撞次数，增大了模拟过程的复杂性，也使橡皮筋模拟布局设计的效率无法提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种凸壳橡皮筋模拟二维产品紧凑布局的变节拍操作方法把凸壳运动过程中的时间节拍T转换为根据节拍距离D_Tt而确定的变时间节拍T_t，D_Tt随该变时间节拍起始时的面积的变化而变化，T_t也随D_Tt变化，按变时间节拍T_t对凸壳橡皮筋模型凸壳的运动过程进行检测分析，有效地减少达到紧凑布局所需的时间节拍数，提高橡皮筋模拟二维产品紧凑布局设计的效率。

本发明设计一种凸壳橡皮筋模拟二维产品紧凑布局的变节拍操作方法，所述凸壳橡皮筋模拟二维产品紧凑布局将布局空间内的各组件分别简化成二维的凸壳，橡皮筋环绕在各凸壳外围，构成凸壳橡皮筋模型，该模型的橡皮筋的弹性力施加于与橡皮筋接触的各凸壳，使凸壳产生移动、碰撞后旋转与滑移，最终得到产品的紧凑布局。