(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210763187.5 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 申请人 中国航空制造技 术研究院 (72)发明人 郭飞燕　贾志新　肖庆东　张学睿　 向东　刘江　王津　成金鑫　 (74)专利代理 机构 北京金智普华知识产权代理 有限公司 1 1401 专利代理师 岳野 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06T 7/73(2017.01) B23P 21/00(2006.01) (54)发明名称 一种柔性装配工装结构布局与运动行程优 化方法及系统 (57)摘要 本发明提供了一种柔性装配工装结构布局 与运动行程优化方法及系统， 包括： 步骤一： 建立 柔性装配工装坐标系并将装配产品对象与其对 应的定位执行末端装配到柔性装配工装上； 步骤 二： 将装配产品对象 的可选定位区域向坐标系内 进行XOY基础 平面投影； 步骤三： 固定某一装配产 品对象， 移动改变其余装配产品对象； 步骤四： 计 算变化的装配产品对象定位区域在X和Y方向上 的投影距离差值 以及投影距离差值之和的最小 值； 步骤五： 根据投影距离差值以及投影距离差 值之和的最小值求解相互位置关系； 步骤六： 输 出各投影线段差值与线段中点； 步骤七： 确定柔 性定位器运动行程与彼此布局关系以及柔性定 位方案， 本发 明可降低生产用地面积与柔性工装 制造成本 。 权利要求书3页 说明书11页 附图6页 CN 115292804 A 2022.11.04 CN 115292804 A 1.一种柔性装配工装结构布局与运动行程优化方法， 其特征在于， 所述优化方法包括 以下步骤： 步骤一： 建立柔性装配工装坐标系并将装配产品对象与其对应的定位执行末端装配到 柔性装配工装上； 步骤二： 将装配产品对象的可选定位区域向柔性装配工装的坐标系内进行XOY基础平 面投影； 步骤三： 固定某一装配产品对象上可选定位区域的投影， 移动改变其余装配产品对象 上定位区域的投影位置； 步骤四： 计算移动改变的装配产品对象定位区域在X和Y方向上的投影距离差值以及投 影距离差值之和的最小值； 步骤五： 根据投影距离差值以及投影距离差值之和的最小值求解各装配产品对象在工 装坐标系中的相互位置关系； 步骤六： 根据步骤五中相互位置关系输出 各投影线段差值与线段中点； 步骤七： 根据定位布局与行程设计的影响因素、 各投影线段差值与线段中点数据， 确定 柔性定位器运动行程与布局关系， 同时确定布局的柔 性定位方案 。 2.根据权利要求1所述的优化方法， 其特 征在于， 所述 步骤一中： 建立柔性装配工装坐标系具体为： 在柔性装配的工装基本框架内建立适用于激光跟踪 仪定位的工装坐标系； 装配过程具体为： 在CATIA虚拟装配环境中将每个装配产品对象与适用于本装配产品 对象的定位执行末端装配在一起， 在确定各个装配产品对 象的空间装配姿态后， 将各装配 产品对象所对应可选定位区域向工装的XOY基础平面上 投影， 得到一系 列的离散点集， 各装 配产品对象的离 散点集位置均不相同， 投影位置发生重 叠。 3.根据权利要求2所述的优化方法， 其特征在于， 所述步骤一装配过程中布局方案具体 为： (N＝N1+N2)+2+1(N≥3)； N为主定 位面上定位点的数量， 包括N1和N2， 其中N1由装配产品对 象的实际特征分布及限制确定， N2是在N1的基础上为控制装配产品对象装夹变形而优化得 到的定位 点； 其中， 寻找N2的过程中所建立的目标函数及约束条件为： 式中， X表示定位点集合， Ω代表装配产品对象上可行定位区域上分布 的定位点， 对于 不同的点， 用xi与xj表示， 属于N1点集的记为xN1,i， 属于N2点集的记为xN2,j； Ui代表给定装配 产品对象上的变形测量结果， Ui代表规定的装 配变形范围， f(X)为与定 位点集N2相关的目标权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115292804 A 2函数， 即由于N2定位点集合引起的平均装夹变形值； 其中目标函数的求 解方法具体描述 为： 有限元分析与智能优化 算法相结合。 4.根据权利要求3所述的优化方法， 其特 征在于， 步骤二具体包括： S21： 首先确定不同装配产品对象上的可选定位区域， 以及装配产品对象的定位特征在 工装XOY基础平面内的投影， 确定多个二维凸包投影区域； S22： 改变其余装配产品对象上定位区域的投影位置时， 出现投影区域重叠交叉情况， 交叉区域认定为是柔 性装配工装系统中某个定位单 元的工作区域； 其中， S21中确定装配产品对象坐标系与所投影工装坐标系的坐标转换关系， 得到不同 产品定位特 征在工装基础平面内的坐标值， 上述 坐标系间的位姿坐标转换矩阵关系为： 5.根据权利要求4所述的优化方法， 其特征在于， 所述步骤四中在装配产品对象定位 区 域在X和Y方向上的投影距离 差值的建模中， 所 涉及的建模变量及其目标函数为： 式中， P1,j,x和P1,j,y分别代表基准装配产品对象上第j个几何特征沿X与Y轴上的初始位 置， i≠1； Pi,j,x和Pi,j,y分别代表第i个装配产品对象上第j个几何特征沿X与Y轴上改变的位 置； Sj表示第j个定位单 元的运动行程。 6.根据权利要求5所述的优化方法， 其特征在于， 所述步骤四中计算投影距离差值之和 最小值的目标函数为： 其中， 考虑干涉因素、 安全附件的尺寸因素、 装配操作空间因素， 建立更新后的优化目 标函数， 即工装基础平面XOY上的最小投影占地 面积： 其中， 建立优化目标函数 涉及的约束条件为： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115292804 A 3