(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 202210747695.4 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 辽宁装备制造职业 技术学院 地址 110161 辽宁省沈阳市沈北新区蒲河 新城裕农路70号 (72)发明人 张萌　姚立权　刘永刚　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 王倩 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 111/08(2020.01) (54)发明名称 基于数字孪生的多级台阶轴高精度自动对 接路径规划方法 (57)摘要 本发明涉及基于数字孪生的多级台阶轴高 精度自动对接路径规划方法， 包括以下步骤： 初 始化多级台阶轴高精度自动对接信息； 建立多级 台阶轴高精度自动对接 路径的多目标优化模型； 设计融入分布式估计的多目标非支配排序优化 算法用于求解该模型； 通过迭代计算对配料方案 进行优化， 寻求满足约束条件的帕累托最优解， 最终得到多个 符合实际对接要求的优化方案。 本 发明实现多级台阶轴高精度自动对接的计算机 快速优化计算； 与传统的人工对接相比， 大幅度 减少高精度对接时的碰撞干涉， 提高多级台阶轴 高精度准确率， 降低人工劳动强度， 提高装配效 率， 保证装配一 致性。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115221651 A 2022.10.21 CN 115221651 A 1.基于数字孪生的多级台阶轴高精度自动对接路径规划方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤1： 将多 级台阶轴自动对接信息和对接路径进行表征； 步骤2： 根据多级台阶轴自动对接信 息， 通过融入分布式估计的多目标非支配排序优化 算法对表征的对接路径进行优化； 步骤3： 根据优化后的对接路径进行多 级台阶轴的自动对接 。 2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的多级台阶轴高精度自动对接路径规划方法， 其特征在于， 所述 步骤1具体如下： 步骤1.1： 初始化多级台阶轴自动对接信息， 包括： 壳体上台阶轴第一内顶点坐标(a1, b1)和第二内顶点坐标(a2,b2)， 壳体下台阶轴第一内顶点坐标(a1,‑b1)和第二内顶点坐标 (a2,‑b2)； 在壳体上台阶轴第一内顶点、 壳体上台阶轴第二内顶点、 壳体下台阶轴第一内顶 点、 壳体下台阶轴第二内顶点所在平面中， 内轴轴心到内轴 上台阶第一顶点和第二顶点的 距离分别为 l1和l2， 内轴第一台阶断面与第二台阶端面之间的距离 步骤1.2： 对每种对接路径进行实数编码， 则将对接路径的起点和 终点作为个体， 其实 数向量形式为 其中， 路径起 点为 路径终点 为 步骤1.3： 根据步骤1.1初始化的多级台阶轴自动对接信息， 创建初始种群随机在标准 范围[‑b1,b1]内产生N个个体， 即N条对接路径。 3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的多级台阶轴高精度自动对接路径规划方法， 其特征在于， 所述 步骤2具体如下： 步骤2.1： 初始化参数， 包括最大迭代次数Tmax、 收敛精度ξ、 个体未改进代数L、 采样数量 Ns； 步骤2.2： 如果当前的迭代次数达到了预先设定的最大次数Tmax， 或最终结果小于预定 收敛精度 ξ要求， 则停止迭代， 输出对接路径， 继续 步骤3； 否则， 继续 步骤2.3； 步骤2.3： 设定每 个个体为一个解， 如下： 根据一个已有的个体xi,j寻找一个新的候选个体vi,j， 所述候选个体是已有个体的近 邻， 通过下面公式产生： vi,j＝xi,j+δi,j(xi,j‑xk,j) 其中， k＝1,2, …,N， k≠i； δi,j在[‑1,1]范围内随机产生， 用于控制在xi,j周围新个体的 产生； 如果某个 个体在L代内没有任何改进， 这个 个体将被抛 弃； 新个体通过下式产生： 其中， 是在[‑1， 1]范围内的随机数， xmin,j和xmax,j为当前代个体中第j维的最小值和最 大值； 步骤2.4： 如果非支配排序层次未生成， 直接进行步骤2.5； 否则， 在种群PN中选择优势群 体进行分布式估计： 选择第一层的帕累托前沿作为优势群体SPN， 对每一个维度j， 分别计算 PN的均值 μP和标准差σP， 以及SPN的均值 μSP和标准差σSP， 按照下面的公式计算：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115221651 A 2μ＝ λ μSP+(1‑λ )μP σ ＝ λ σSP+(1‑λ )σP 其中， λ是在[0， 1]范围内的随机数； 对每一维度， 由得到的均值 μ和标准差σ 进行正态分布随机采样， 得到Ns个新的个 体； 步骤2.5： 将步骤2.3和步骤2.4产生的新个体融入PN形成新的种群Pnew， 规模为2N+NS个， 进行非支配排序， 使将Pnew按照自动对接路径规划优化模型产生的目标值支配关系进行分 层， 目标值计算按照步骤2.6进行； 步骤2.6： 建立自动对接路径规划优化模型， 包括目标函数及其约束条件， 将目标函数 及其约束条件作为目标值； 步骤2.7： 按照目标值支配关系的层次按顺序对Pnew进行筛选， 逐层加入形成下一代种 群PN， 当进行到第p层时， 如果|PN|＝N， 结束 筛选， 将此次迭代的解输出作为优化后的对 接路 径起点和终点， 并进行步骤2.8； 如果此时|PN|＞N， 那么先选择p ‑1层形成， 再从第p层的选 择K＝N‑|PN|个点加入PN形成下一代种群PN； 步骤2.8： 当前的迭代次数加1， 返回步骤2.2。 4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的多级台阶轴高精度自动对接路径规划方法， 其特征在于， 所述步骤2.6： 建立自动对接路径规划优化模型， 包括目标函数及其约束 条件， 具体如下： 步骤2.6.1： 建立自动对接路径规划的第一个优化目标， 上台阶间隙平均距离最小， 定 义为f1， 即壳体上台阶轴第一内顶 点到内轴上台阶在竖直方向上的距离 和壳体上台阶轴 第二内顶点到内轴下台阶在竖直方向上的距离 平均值最小， 计算方式如下： 壳体上台阶轴第一内顶点到内轴第一上台阶在竖直方向上的距离： 壳体上台阶轴第二内顶点到内轴第二上台阶在竖直方向上的距离 第一个优化目标函数表达式如下： 步骤2.6.2： 建立自动对接路径规划的第二个优化目标， 下台阶间隙平均距离最小， 定 义为f2， 即壳体下台阶轴第一内顶点到内轴第一下台阶在竖直方向上的距离 和壳体下台 阶轴第二内顶点到内轴第二下台阶在竖直方向上的距离 的平均值 最小， 计算方式如下： 壳体下台阶轴第一内顶点到内轴第一下台阶在竖直方向上的距离：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115221651 A 3