[发明专利]基于情境感知的旋转机械设备虚拟装配方法

摘要

本发明公开一种基于情境感知的旋转机械设备虚拟装配模型及装配方法，采用将虚拟装配任务分解为装配知识层、装配决策层和用户控制层，为每个层次赋予不同的职责。通过为装配知识层定义虚拟装配模型，来容纳装配知识和装配语义，实现虚拟装配的情境化。通过将决策层每个零件视作独立的Agent，根据虚拟装配过程的特点定义Agent之间的通信模板和决策规则，实现用户引导规则化。同时本发明通过离线的聚类算法，实现对用户在特定装配情境下的位置和朝向的预测，减少用户在调整摄像机的操作上花费的时间。相比现有装配感知技术，本发明具有装配模型轻量化，交互智能化，交互效率高的优点，可定制装配过程引导用户操作。

主权项

基于情境感知的旋转机械设备虚拟装配方法，其特征是，包括以下步骤：步骤A：构建虚拟装配任务需要的各种零件模型，建立零件的三维模型，并标定出描绘零件特征的特征点的坐标集合；步骤B：构建虚拟装配模型，根据零件包含特征的情况、特征的参数和装配过程建立虚拟装配模型；步骤C：根据虚拟装配模型，建立虚拟装配信息文件；所述虚拟装配模型包括装配知识层、装配决策层和用户控制层，与虚拟装配有关的装配知识保存于装配信息文件中；装配知识层中，将装配过程中零件的连接看作零件之间特征的匹配过程，则虚拟装配任务的情景即某一时刻所有零件的特征状态组成的集合；装配知识层包括对特征对象各个属性的定义，以容纳装配信息文件中的装配知识：装配决策层中，包括多个零件Agent，不同零件Agent之间通过封装有特征状态参数的消息模板进行通信，零件Agent根据接收到的消息模板的内容选择不同装配行为；装配决策层对零件Agent的决策规则进行定义；用户控制层中，包括组件对象，组件对象为用户控制的逻辑单位和零件的抽象集合；步骤D：基于几何模型和虚拟装配信息文件，启动虚拟装配程序，对虚拟装配模型中的组件对象、零件对象和零件包含的特征对象进行初始化；步骤E：运行虚拟装配程序，零件对象按照装载好的决策规则和消息模板，不断发送消息、读取消息并进行决策，直至装配完成；方法还包括对虚拟装配任务的用户情境进行提取，包括步骤：1 用户情境定义：用户情境＝(特征状态集合，摄像机位置坐标，摄像机朝向坐标，摄像机头顶坐标)，其中特征状态集合包括对应装配情境中每个特征对象的各特征状态值；摄像机位置坐标是指用户视线的起点坐标；摄像机朝向坐标是用户视线的终点坐标；摄像机头顶坐标指与用户视线垂直的头顶正上方方向的终点坐标；2 用户情景离线抽取：2.1 收集用户执行同一虚拟装配任务过程中产生的路径信息，所述路径信息包括装配任务在每一时刻的特征状态集合，以及这一时刻用户摄像机的位置坐标、朝向坐标和头顶坐标；2.2 对于上述收集到的路径信息进行预处理，将每条路径按照不同的特征状态集合切分成不同的坐标点集合；2.3 对于不同的特征状态集合下的坐标点集合，使用基于密度的聚类算法，计算集合中每个坐标点周围一设定范围σ内的坐标点的个数；2.4 对聚类后的坐标点集合进行清洗：首先合并密度相同的位置点，然后取出局部密度最大的位置点，作为备选关键位置点；在对每一条路径都处理结束之后，不同的特征状态集合下均有对应的一系列备选关键位置点；2.5 应用基于层次的聚类方法，对上述各特征状态集合一系列备选关键位置点进行聚类：首先将每个特征点视为一类，然后计算各个聚类之间的距离，再对于距离小于范围σ的两个聚类进行合并；2.6 重复步骤2.5，直到各个聚类之间的距离全部大于范围σ，则聚类过程停止；2.7 查看各个聚类被合并过的次数，如果合并次数为零，说明这个备选关键位置点是一个离群点，予以清除；3 用户情景在线查询：将步骤2得到的用户情境数据结果保存为用户情境文件，当虚拟装配程序启动后加载用户情境文件；在用户执行装配操作的过程中，系统比对判断当前正在装配的各个特征形成的特征状态集合是否在用户情境文件中出现，如果是，则将对应的摄像机坐标位置和朝向位置加载到虚拟装配系统的摄像机上。