(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 202210805208.5 (22)申请日 2022.07.08 (66)本国优先权数据 202210760640.7 202 2.06.29 CN (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨 浦区四平路1239号 (72)发明人 黄华　谢楠　陆贝尔　杨志成　 于春芃　张仕祥　张宇逍　赵祺晟　 孙义胜　张慧琳　陈亮瑜　段哲昊　 刘熠龙　韦欢夏　 (74)专利代理 机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 312 25 专利代理师 宣慧兰 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01)G06F 30/12(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) (54)发明名称 自动化设备数字协同设计与验证方法、 装置 及存储介质 (57)摘要 本发明涉及一种自动化设备数字协同设计 与验证方法、 装置及存储介质， 其中方法包括以 下步骤： 提取三维模型创建过程的有效创建指 令； 创建txt文件并保存； 提取尺寸关键参数封装 写入三维模 型创建类， 创建可调用的三维模型创 建函数； 确定优化指标参数； 执行模型创建步骤、 有限元仿真步骤、 运动学模拟步骤、 执行参数优 化步骤实现优化指标参数的优化更新； 基于更新 后的优化指标参数重新执行模型创建步骤、 有限 元仿真步骤、 运动学模拟步骤和参数优化步骤， 直至达到迭代终止条件， 得到最优优化指标参 数； 基于最优优化指标参数创建优化三维模型。 与现有技术相比， 本发明具有自动化程度高、 设 计验证效率高、 参数设计更优等优点。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115270323 A 2022.11.01 CN 115270323 A 1.一种自动化设备 数字协同设计与验证方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 提取三维模型创建过程的有效创建指令， 所述三维模型基于FreeCAD可视化创建， 并由 Macro录制创建过程； 基于有效创建指令创建txt文件并保存； 提取txt文件中的尺寸关键参数封装写入三维模型创建类， 创建可调用的三维模型创 建函数， 所述 三维模型创建函数输入为尺寸关键参数， 输出为 三维模型IGES文件； 基于尺寸关键参数确定优化指标参数， 所述优化指标参数为尺寸关键参数中的一个或 多个； 执行模型创建步骤， 所述模型创建步骤为： 基于尺寸关键参数， 调用三维模型创建函 数， 得到三维模型IGES文件； 执行有限元仿真步骤， 所述有限元仿真步骤为： 基于pyansys创建有限元仿真类， 通过 加载IGES文件和负载信息， 对其进行有限元仿真得到有限元仿真结果， 并创建基于有限元 的形变模型； 执行运动学模拟步骤， 所述运动学模拟步骤为： 基于逆解算法求解运动模拟的运动步 输入， 基于WebSocket建立与UE4的通信， 并基于形变模 型和运动步输入在 UE4中进行运动模 拟， 实时采集 运动状态的碰撞状态， 并返回碰撞信号； 执行参数优化步骤， 所述参数优化步骤为： 创建基于智能算法的参数优化算法对优化 指标参数进行优化， 以有限元仿真结果和碰撞信号作为动态优化的边界条件， 更新优化指 标参数； 基于更新后的优化指标参数重新执行模型创建步骤、 有限元仿真步骤、 运动学模拟步 骤和参数优化步骤， 直至达到迭代终止条件， 得到最优优化指标参数， 其中， 所述迭代终止 条件基于智能算法确定为评判指标函数的损失函数达到 收敛状态或迭代次数达到预配置 的迭代阈值， 所述评判指标函数基于设计要求和应用要求确定； 基于最优 优化指标参数， 调用三维模型创建函数， 得到优化 三维模型。 2.根据权利要求1所述的一种自动 化设备数字协同设计与验证方法， 其特征在于， 所述 基于形变模型在UE4中进行运动模拟为： 以平移变换和旋转变换 的形式模拟三维模型在有 限元仿真步骤中发生的形变， 得到UE4中与形变模型对应的模拟形变模 型， 并基于所述模拟 形变模型进行运动模拟。 3.根据权利要求1所述的一种自动 化设备数字协同设计与验证方法， 其特征在于， 所述 基于逆解 算法求解运动模拟的运动步输入 包括以下步骤： 基于机械臂的运动初始位置和目标位置进行逆解运算， 得到六轴转角逆解值， 其中， 所 述机械臂设于形变模型 上； 判断从初始位置运动到目标位置是否可达， 若可达， 将六轴转角逆解值划分为预配置 步数的运动列表， 作为运动模拟的运动步输入； 若不可达， 则进行包括第七轴的逆解运算， 其中， 所述包括第七轴的逆解运算包括以下步骤： 控制 机械臂在第七轴方向上以预配置的 步长移动并进行逆解运算， 在预配置的移动范围内求解得到一组可达解， 所述可达解包括 第七轴移动的距离和六轴转角； 对这组可达解中的每一个解调用能耗函数， 得到该解对应 的能耗； 基于能耗最小原则在可达解中确定一个解作为最优解； 将最优解中的六轴转角划 分为预配置步数的运动列表， 与第七轴移动的距离一 起作为运动模拟的运动步输入。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270323 A 24.根据权利要求1所述的一种自动 化设备数字协同设计与验证方法， 其特征在于， 所述 基于智能算法的参数优化算法包括有限元参数优化算法和避障算法， 其中， 所述有限元参 数优化算法对优化指标参数进 行优化， 所述避障算法对发生运动规划碰撞时的运动模拟的 运动步进行优化。 5.根据权利要求1所述的一种自动 化设备数字协同设计与验证方法， 其特征在于， 所述 碰撞信号包括未发生碰撞信号、 运动规划碰撞信号、 结构碰撞信号。 6.根据权利要求4所述的一种自动 化设备数字协同设计与验证方法， 其特征在于， 所述 碰撞信号包括未发生碰撞信号、 运动规划碰撞信号、 结构 碰撞信号， 若 所述碰撞信号为结构 碰撞信号， 调用有限元参数优化算法对优化指标参数进行优化， 并将当前优化指标参数设 为丢弃值； 若 所述碰撞信号为运动规划碰撞信号， 调用避障算法重新规划运动路径并在UE4 中进行运动模拟， 更新碰撞信号后重新判断碰撞信号类型， 并基于碰撞信号类型执行后续 步骤； 若所述碰撞信号为未发生碰撞信号， 调用有限元参数优化算法对优化指标参数进行 优化。 7.根据权利要求4所述的一种自动 化设备数字协同设计与验证方法， 其特征在于， 所述 有限元参数优化算法包括基于蚁群算法的有限元参数优化算法， 当所述有限元参数优化算 法为基于蚁群算法的有限元参数优化算法时， 迭代终止条件为迭代次数达到预配置的迭代 阈值。 8.根据权利要求7所述的一种自动 化设备数字协同设计与验证方法， 其特征在于， 所述 碰撞信号包括未发生碰撞信号、 运动规划碰撞信号、 结构 碰撞信号， 若 所述碰撞信号为结构 碰撞信号， 调用基于蚁群算法的有限元参数优化算法对优化指标参数进行优化， 并将碰撞 信号所对应蚂蚁位置的信息素 赋值为预配置的极大值。 9.一种动化设备数字协同设计与验证装置， 包括存储器、 处理器， 以及存储于所述存储 器中的程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现如权利要求 1‑8中任一所述的方 法。 10.一种存储介质， 其上存储有程序， 其特征在于， 所述程序被执行时实现如权利要求 1‑8中任一所述的方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270323 A 3