机电产品中的管路自动布局设计技术研究

发布时间：2017-08-17 12:29

  本文关键词：机电产品中的管路自动布局设计技术研究

  更多相关文章： 管路 自动布局设计 路径规划 RRT算法 PRM算法

【摘要】：管路系统是以气体、液体等作为工质的机械产品所不可缺少的组成部分,在现代工业领域应用非常广泛。针对管路交互式布局设计的质量差、效率低的问题,论文开展了管路自动布局技术的相关理论、关键技术和实现方法的研究。论文的主要研究工作概括如下:(1)阐述了国内外在管路布局设计领域的相关理论和技术方面的研究现状,并分析了现有的管路布局中的路径规划算法的优缺点,最后指出了本文的研究意义。(2)分析实际工程中的管路特点,阐述了管路布局中的管路建模技术,提出了解决管路自动布局问题的总体业务流程,对产品管路自动布局设计问题进行了数学描述并总结了管路在布局过程中的工程约束,针对路径搜索算法提出了一种球形求解空间,最后采用一种屏蔽求解空间外部冗余零件模型的连续中间插值碰撞检测方法来保证搜索出的管路路径无碰撞。(3)分析了快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法以及相关的改进策略的特点,结合管路布局中的工程约束,提出了一种改进的RRT算法对单根管路自动布局路径进行求解,该算法包括基于碰撞信息的节点扩展策略、快速绕障策略以及基于概率节点的扩展策略,提出了一种基于关键节点的路径优化方法,对管路初始路径进行优化并输出布局结果,最后通过实例验证了算法的有效性。(4)分析了概率路径图(probabilistic roadmap method,PRM)算法以及相关的改进策略的特点,针对分支管路的自动布局问题,提出了一种基于LTL-PRM算法的管路自动布局方法,该方法以斯坦纳最小树确定分支点的位置,并采用局部二次学习对求解空间进行描述,然后以Dijkstra算法来搜索最短可行路径并进行优化,最后通过实例对算法进行了验证。(5)作为上述各项研究成果的工程实践和验证,自主设计并开发了管路自动布局原型系统,阐述了软件系统的开发背景、体系结构、功能模块和实现方法,并通过实例对论文的相关方法和技术进行了实例验证。最后,对全文进行了总结,并对下一步的研究工作和相关技术发展方向进行了展望。
【关键词】：管路 自动布局设计 路径规划 RRT算法 PRM算法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状与进展13-20
• 1.2.1 人机交互式管路布局技术13-14
• 1.2.2 管路自动布局技术14-19
• 1.2.3 管路布局中的路径规划算法19-20
• 1.2.4 存在的问题20
• 1.3 项目来源及研究意义20-21
• 1.3.1 项目来源20
• 1.3.2 研究意义20-21
• 1.4 论文的研究内容与结构安排21-22
• 1.5 本章小节22-23
• 第2章 管路自动布局设计问题描述与技术基础23-32
• 2.1 前言23
• 2.2 管路系统的数字化模型表达23-26
• 2.2.1 管路数字化模型的组成24
• 2.2.2 以通径为核心的管路数字化建模24-26
• 2.2.3 导管的圆弧拟合26
• 2.3 管路自动布局设计问题的数学描述26-28
• 2.4 管路自动布局的总体业务流程与工程约束分析28-29
• 2.4.1 管路自动布局的总体业务流程28-29
• 2.4.2 管路布局中的工程约束29
• 2.5 求解空间的确定与碰撞检测技术29-31
• 2.5.1 求解空间的确定29-30
• 2.5.2 碰撞检测技术30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 基于改进RRT算法的单根管路自动布局设计32-50
• 3.1 前言32
• 3.2 快速扩展随机树（RRT）算法32-35
• 3.3 RRT算法现有改进策略35-38
• 3.3.1 采样点生成策略的改进35-36
• 3.3.2 随机树扩展策略的改进36-37
• 3.3.3 双向（双树）与多向（多树）方法37-38
• 3.4 基于改进RRT算法的管路路径搜索策略38-45
• 3.4.1 基于碰撞信息的节点扩展策略39-42
• 3.4.2 快速绕障策略42-44
• 3.4.3 基于概率的节点扩展策略44-45
• 3.5 基于关键节点的路径优化45-47
• 3.6 算例分析47-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第4章 基于LTL-PRM算法的分支管路自动布局设计50-67
• 4.1 前言50
• 4.2 概率路径图算法及其现有改进策略50-54
• 4.2.1 概率路径图法（PRM）50-52
• 4.2.2 采样点生成策略52-53
• 4.2.3 其他改进策略53-54
• 4.3 基于LTL-PRM算法的分支管路路径搜索54-63
• 4.3.1 分支点位置确定与优化处理55-57
• 4.3.2 初始化算法57-58
• 4.3.3 路径图的局部二次构建58-63
• 4.3.4 搜索最短可行路径63
• 4.4 路径优化63-64
• 4.5 算例分析64-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第5章 系统开发及实例验证67-78
• 5.1 前言67
• 5.2 系统概述67-68
• 5.2.1 系统开发的总体目标67-68
• 5.2.2 系统开发的运行环境68
• 5.3 系统分析68-70
• 5.3.1 系统业务分析68-69
• 5.3.2 系统功能模块69
• 5.3.3 系统体系架构69-70
• 5.4 系统设计70-72
• 5.4.1 整体框架设计70-71
• 5.4.2 算法数据类设计71-72
• 5.5 系统实现及实例验证72-77
• 5.5.1 系统基本界面72-73
• 5.5.2 管路自动布局设计73-77
• 5.6 本章小结77-78
• 总结与展望78-80
• 全文总结78-79
• 展望79-80
• 参考文献80-85
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单85-86
• 致谢86

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本文编号：689060