基于起吊平衡的模具设计方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及模具设计技术领域，尤其涉及一种基于起吊平衡的模具设计方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.目前，由于汽车覆盖件冲压模具的重量等级为10t～30t，在模具制造、冲压生产、模具维保的过程中，需要用航车起吊模具，存在上模合入下模、整套模具吊入压力机等工况。其中，在上模合入下模工况时，须保证上模起吊平衡，以保证上模的导套可以垂直导入下模导柱；在整套模具起吊时，须保证模具起吊平衡，以避免模具起吊后大幅度摆动带来的安全隐患。并且，当模具底面倾斜过大时，模具装入生产压力机定位不准确，会影响自动化机械手送件、取件稳定性。为了保证模具起吊平衡，需要在模具结构设计阶段计算出模具起吊时的摆动状态，即根据模具的结构数据提前计算出模具起吊时的倾斜量，以提高模具起吊安全性及吊装效率。
3.在现有技术中，进行模具结构设计时仅考虑了吊钩点处于起吊点对角线交点正上方，且四根吊绳同时受力的情况。然而，实际的模具起吊情况更为复杂，存在起吊点在下模、吊绳与上模接触位置存在折点、故吊钩点不一定位于起吊点对角线交点正上方等情况，且四根吊绳不一定同时受力。
4.综上，现有技术仅考虑了四根吊绳同时受力的情况，不能计算多种起吊工况下的倾斜量，影响了模具的吊装效率和吊装安全性。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种基于起吊平衡的模具设计方法、装置、设备及存储介质，以实现计算多种起吊工况下的倾斜量，并根据底面倾斜量对模具结构进行调整，以保证模具的吊装平衡。
6.第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于起吊平衡的模具设计方法，包括：
7.获取模具在初始坐标系中的重心点坐标、底面四角的初始坐标、起吊点坐标、吊绳长度和吊绳折点坐标；
8.根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，计算得到吊钩点坐标；
9.根据所述重心点坐标和所述吊钩点坐标，构建吊钩点与重心点之间的初始向量；
10.根据所述初始向量与坐标轴向的夹角，得到模具起吊的摆动角度和平移角度；
11.根据所述摆动角度和所述平移角度将初始坐标系转换为模具摆动后的坐标系，得到模具底面四角的摆动后坐标；
12.根据所述初始坐标和所述摆动后坐标计算得到模具摆动后的底面倾斜量，以根据所述底面倾斜量对模具结构进行设计。
13.优选地，所述根据所述底面倾斜量对模具结构进行设计，包括：
14.判断所述底面倾斜量是否小于预设的偏差基准值；若是，则判定模具的结构设计通过；若否，则对模具的结构进行调整直至所述底面倾斜量小于所述偏差基准值。
15.优选地，所述根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，计算得到吊钩点坐标，包括：
16.根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，得到四根吊绳的末端长度；
17.以任意三根吊绳的吊绳折点为圆心建立相同半径的三个球体，基于三球交点原理计算得到初始吊钩点坐标，并计算另一根吊绳的吊绳折点与所述初始吊钩点之间的空间直线距离；
18.判断所述空间直线距离是否等于所述另一根吊绳的末端长度；若是，则判定四根吊绳均受力，并将所述初始吊钩点坐标确定为吊钩点坐标；若否，则判定四根吊绳中仅有三根吊绳受力，并根据模拟受力状态计算得到吊钩点坐标。
19.优选地，所述根据模拟受力状态计算得到吊钩点坐标，包括：
20.根据三根主受力吊绳的吊绳折点和三球交点原理计算得到模拟吊钩点坐标；
21.依次选取一种模拟受力状态进行第一验证和第二验证；其中，第一验证条件为辅助平衡吊绳的吊绳折点与模拟吊钩点的空间距离小于辅助平衡吊绳的末端长度，第二验证条件为模拟吊钩点和重心点的连线与三个主受力吊绳的吊绳折点形成的支撑平面的交点在所述支撑平面内；
22.当所述第一验证和所述第二验证均通过时，判定验证通过，并将所述模拟吊钩点的坐标确定为吊钩点坐标。
23.优选地，所述依次选取一种模拟受力状态进行第二验证，包括：
24.以三个主受力吊绳的吊绳折点建立平面方程式，以模拟吊钩点坐标和重心点坐标建立直线方程式；
25.根据所述平面方程式和直线方程式进行求解，得到平面与直线的交点t；
26.判断交点t是否在三个主受力吊绳的吊绳折点建立的空间三角形内,若是，则判定所述第二验证通过；若否，则判定所述第二验证不通过。
27.优选地，所述根据所述摆动角度和所述平移角度将初始坐标系转换为模具摆动后的坐标系，包括：
28.根据所述摆动角度将初始坐标系进行旋转变换，得到旋转后坐标系；
29.根据所述摆动角度和所述平移角度得到平移向量，并根据所述平移向量将所述旋转后坐标系进行平移变换，得到模具摆动后的坐标系。
30.第二方面，本发明提供了一种基于起吊平衡的模具设计装置，包括：
31.坐标获取模块，用于获取模具在初始坐标系中的重心点坐标、底面四角的初始坐标、起吊点坐标、吊绳长度和吊绳折点坐标；
32.坐标计算模块，用于根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，计算得到吊钩点坐标；
33.向量构建模块，用于根据所述重心点坐标和所述吊钩点坐标，构建吊钩点与重心点之间的初始向量；
34.角度计算模块，用于根据所述初始向量与坐标轴向的夹角，得到模具起吊的摆动
角度和平移角度；
35.坐标转换模块，用于根据所述摆动角度和所述平移角度将初始坐标系转换为模具摆动后的坐标系，得到模具底面四角的摆动后坐标；
36.倾斜量计算模块，用于根据所述初始坐标和所述摆动后坐标计算得到模具摆动后的底面倾斜量，以根据所述底面倾斜量对模具结构进行设计。
37.优选地，所述坐标计算模块包括：
38.长度计算模块，用于根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，得到四根吊绳的末端长度；
39.距离计算模块，用于以任意三根吊绳的吊绳折点为圆心建立相同半径的三个球体，基于三球交点原理计算得到初始吊钩点坐标，并计算另一根吊绳的吊绳折点与所述初始吊钩点之间的空间直线距离；
40.长度判断模块，用于判断所述空间直线距离是否等于所述另一根吊绳的末端长度；若是，则判定四根吊绳均受力，并将所述初始吊钩点坐标确定为吊钩点坐标；若否，则判定四根吊绳中仅有三根吊绳受力，并根据模拟受力状态计算得到吊钩点坐标。
41.第三方面，本发明还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述中任意一项所述的基于起吊平衡的模具设计方法。
42.第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述中任意一项所述的基于起吊平衡的模具设计方法。
43.相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
44.本发明提供一种基于起吊平衡的模具设计方法，通过获取模具在初始坐标系中的重心点坐标、底面四角的初始坐标、起吊点坐标、吊绳长度和吊绳折点坐标；根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，计算得到吊钩点坐标；根据所述重心点坐标和所述吊钩点坐标，构建吊钩点与重心点之间的初始向量；根据所述初始向量与坐标轴向的夹角，得到模具起吊的摆动角度和平移角度；根据所述摆动角度和所述平移角度将初始坐标系转换为模具摆动后的坐标系，得到模具底面四角的摆动后坐标；根据所述初始坐标和所述摆动后坐标计算得到模具摆动后的底面倾斜量，以根据所述底面倾斜量对模具结构进行设计。本发明能够实现计算多种起吊工况下的倾斜量，并根据底面倾斜量对模具结构进行调整，以保证模具的吊装平衡。
附图说明
45.图1是本发明第一实施例提供的基于起吊平衡的模具设计方法流程示意图；
46.图2是模具在初始坐标系中的示意图；
47.图3是四根吊绳同时受力时的示意图；
48.图4是三根吊绳同时受力时的示意图；
49.图5是交点t在三角形内的示意图；
50.图6是交点t在三角形外的示意图；
51.图7是一个优选实施例中初始向量的示意图；
52.图8是坐标系变换示意图；
53.图9是一个优选实施例中平移向量的示意图；
54.图10是在初始坐标系中模具底面四角的初始坐标示意图；
55.图11是在摆动后的坐标系中模具底面四角的摆动后坐标示意图；
56.图12是本发明第二实施例提供的基于起吊平衡的模具设计装置结构示意图。
具体实施方式
57.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
58.参照图1，本发明第一实施例提供了一种基于起吊平衡的模具设计方法，包括以下步骤：
59.s11，获取模具在初始坐标系中的重心点坐标、底面四角的初始坐标、起吊点坐标、吊绳长度和吊绳折点坐标；
60.s12，根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，计算得到吊钩点坐标；
61.s13，根据所述重心点坐标和所述吊钩点坐标，构建吊钩点与重心点之间的初始向量；
62.s14，根据所述初始向量与坐标轴向的夹角，得到模具起吊的摆动角度和平移角度；
63.s15，根据所述摆动角度和所述平移角度将初始坐标系转换为模具摆动后的坐标系，得到模具底面四角的摆动后坐标；
64.s16，根据所述初始坐标和所述摆动后坐标计算得到模具摆动后的底面倾斜量，以根据所述底面倾斜量对模具结构进行设计。
65.进一步地，所述根据所述底面倾斜量对模具结构进行设计包括：判断所述底面倾斜量是否小于预设的偏差基准值；若是，则判定模具的结构设计通过；若否，则对模具的结构进行调整直至所述底面倾斜量小于所述偏差基准值。
66.需要说明的是，本发明适用于模具结构设计阶段，在模具设计阶段时，模拟起吊平衡时，可设定起吊平衡验算的偏差基准值为25mm。若底面倾斜量小于超过25mm，则需调整模具的结构设计方案，常用方法包括：调整吊耳位置、调整吊绳折点位置、增加配重块等，从而保证模具起吊平衡；若底面倾斜量小于25mm，则判定模具的结构设计通过。通过上述方法，保证了模具设计方案的通过后，再将模具设计方案投入模具制造，从而提高提高模具起吊安全性及吊装效率。
67.在步骤s11中，参照图2，以压力机工作台的长度方向为x方向，工作台的宽度方向为y方向，垂直地面向上的方向为z方向建立初始坐标系。模具3d图绝对坐标系o-xyz原点一般不在模具的几何中心，模具在外围4周设置4个起吊吊耳，以增加起吊平衡性。
68.其中，重心点坐标记为(xg,yg,zg)，可通过三维软件快速读取出，例如nx软件的测量体功能；模具的起吊点坐标为分别为模具4个吊耳孔的中心点，可直接从模具结构设计的
3d数据中读取，分别记为(xa0,ya0,za0)、(xb0,yb0,zb0)、(xc0,yc0,zc0)、(xd0,yd0,zd0)。
69.在实际中，一般模具制造车间、冲压生产车间所使用吊绳4根等长，长度为4m或4.5m型号，可根据车间现场使用长度套入本发明计算，吊绳长度记为l。吊绳在模具起吊点到吊钩之间，当模具结构存在凸出部位挡住吊绳，更改吊绳子的走向时，可直接从模具结构设计的3d数据中读取吊绳折点坐标。一般模具结构设计折点小于等于2个，a、b、c、d四根吊绳从近起吊点到近吊钩点折点坐标依次记为a1(x
a1
,y
a1
,z
a1
)、a2(x
a2
,y
a2
,z
a2
)、b1(x
b1
,y
b1
,z
b1
)、b2(x
b2
,y
b2
,z
b2
)、c1(x
c1
,y
c1
,z
c1
)、c2(x
c2
,y
c2
,z
c2
)、d1(x
d1
,y
d1
,z
d1
)、d2(x
d2
,y
d2
,z
d2
)。其中，每根吊绳的折点数可能不同，可根据模具结构设计实际情况情况进行加减。在本实施例中，以点a2、点b2、点c2、点d2作为4根吊绳的末折点，即为吊绳折点坐标(即最近吊钩的折点)。
70.在步骤s12中，所述根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，计算得到吊钩点坐标，包括：
71.根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，得到四根吊绳的末端长度；
72.以任意三根吊绳的吊绳折点为圆心建立相同半径的三个球体，基于三球交点原理计算得到初始吊钩点坐标，并计算另一根吊绳的吊绳折点与所述初始吊钩点之间的空间直线距离；
73.判断所述空间直线距离是否等于所述另一根吊绳的末端长度；若是，则判定四根吊绳均受力，并将所述初始吊钩点坐标确定为吊钩点坐标；若否，则判定四根吊绳中仅有三根吊绳受力，并根据模拟受力状态计算得到吊钩点坐标。
74.参照图2，根据吊绳长度、起吊点坐标、吊绳折点坐标，计算四根吊绳末端长度，通过空间两点距离公式可求出a吊绳的两段尺寸：点a0到点a1距离l
a01
、点a1到点a2距离l
a12
。因模具的起吊点坐标、吊绳折点坐标为固定点，相当于吊绳已经使用了部分固定长度，则吊绳a的末端长度计为ra＝l-l
a01-l
a02
，同理可求出rb、rc、rd。其中，每根吊绳的折点数可能不同，每根吊绳已使用的固定长度根据折点数计算。
75.需要说明的是，模具起吊摆动平衡静止后，根据静态平衡原理，吊钩点满足以下两个条件：吊钩点与模具重心点连线垂直于地面；吊钩点与模具重心点连线与受力吊绳末点形成的支撑平面的交点一定在支撑平面内(否则模具会转动)。因受力吊绳可能为4根或3根，须对两种情况进行验算，然后再计算出吊钩点坐标。为了便于理解，本发明以选取吊绳a、b、c为例进行说明。
76.参照图3，优先验算是否4根吊绳同时受力，当4根吊绳同时受力时：因4根都处于绷紧状态，即4根吊绳最后一个折点到吊钩点的距离与各自的末端长度应相同。以选取吊绳abc为例进行说明，根据该条件进行验算如下：
77.以a绳的最近吊钩的折点为原点，建立半径为ra的球；以b绳的最近吊钩的折点为原点，建立半径为rb的球；以c绳的最近吊钩的折点为原点，建立半径为rc的球，将a2(x1,y1,z1)、b2(x2,y2,z2)、c2(x3,y3,z3)坐标赋值到方程中，然后采用三球交点原理计算出初始吊钩点坐标j(x、y、z)，吊钩点坐标j列方程及求解过程如下：
78.首先，根据三球到中心距离公式：
79.(x-x1)2 (y-y1)2 (z-z1)2＝r12(1)(x-x2)2 (y-y2)2 (z-z2)2＝r22(2)(x-x3)2
(y-y3)2 (z-z3)2＝r32ꢀꢀ
(3)
80.令ai＝ri
2-xi
2-yi
2-zi2，得：
81.a1＝r1
2-x1
2-y1
2-z12；a2＝r2
2-x2
2-y2
2-z22；a3＝r3
2-x3
2-y3
2-z32；
82.由(1)式-(2)式得:
83.(x2-x1)*x (y2-y1)*y (z2-z1)*z＝-(a2-a1)/2；
ꢀꢀ
(4)
84.由(1)式-(3)式:
85.(x3-x1)*x (y3-y1)*y (z3-z1)*z＝-(a3-a1)/2；
ꢀꢀ
(5)
86.令：xij＝xi-xj；yij＝yi-yj；zij＝zi-zj；[i＝1,2,3]
[0087]
ai1＝-(ai-a1)/2；[i＝2,3]
[0088]
则(4)式、(5)式化简为：
[0089]
x21*x y21*y z21*z＝a21
ꢀꢀ
(6)
[0090]
x31*x y31*y z31*z＝a31
ꢀꢀ
(7)
[0091]
令：d＝x21*y31-y21*x31；
[0092]
由(6)式*y31-(7)式*y21，得：
[0093]
x＝[(a21*y31-a31*y21) (y21*z31-y31*z21)*z]/d；
ꢀꢀ
(8)
[0094]
(6)式*x31-(7)式*x21，得：
[0095]
y＝[(a31*x21-a21*x31) (x31*z21-x21*z31)*z]/d；
ꢀꢀ
(9)
[0096]
令：b0＝(a21*y31-a31*y21)/d；b1＝(y21*z31-y31*z21)/d；
[0097]
c0＝(a31*x21-a21*x31)/d；c1＝(x31*z21-x21*z31)/d；
[0098]
则(8)与(9)化简为：
[0099]
x＝b0 b1*z；
ꢀꢀ
(10)
[0100]
y＝c0 c1*z；
ꢀꢀ
(11)
[0101]
令：e＝b12 c12 1；f＝b1*(b0-x1) c1*(c0-y1)-z1；
[0102]
g＝(b0-x1)2 (c0-y1)2 z12-r12；
[0103]
将(10)&(11)待入(1)得：e*z2 2*f*z g＝0；
[0104]
z＝[-f (f^2-e*g)^(1/2)]/e或z＝[-f-(f^2-e*g)^(1/2)]/e；
[0105]
考虑三球交点求解结果可能在吊绳末折点的上方或下方，考虑吊钩在折点上方，z取大值，即：z＝[-f (f^2-e*g)^(1/2)]/e
ꢀꢀ
(12)
[0106]
将(12)代入(10)、(11)，可得：
[0107]
x＝b0 b1*z；
[0108]
y＝c0 c1*z；
[0109]
z＝[-f (f^2-e*g)^(1/2)]/e
[0110]
其中，根据公式(12)代入公式(10)、(11)后求得的初始吊钩点坐标记为j(xj，yj，zj)，然后采用空间两点距离公式，求出j点到d2点的空间直线距离ld，验算ld是否与吊绳d的末端长度rd相同。若ld＝rd，则四根吊绳都受力，所述初始吊钩点坐标即为吊钩点坐标；若ld≠rd，则四根吊绳中仅有三根吊绳受力(主受力吊绳)，另一根为辅助平衡吊绳处于松弛状态，则判断哪三根吊绳受力及求解吊钩点坐标。
[0111]
设四根吊绳编号分别为abcd，所述模拟受力状态包括以下四种情况：主受力吊绳为abc且辅助平衡吊绳为d、主受力吊绳为abd且辅助平衡吊绳为c、主受力吊绳为acd且辅助
平衡吊绳为b、主受力吊绳为bcd且辅助平衡吊绳为a。
[0112]
在一种实施方式，所述根据模拟受力状态计算得到吊钩点坐标，包括：
[0113]
根据三根主受力吊绳的吊绳折点和三球交点原理计算得到模拟吊钩点坐标；
[0114]
依次选取一种模拟受力状态进行第一验证和第二验证；其中，第一验证条件为辅助平衡吊绳的吊绳折点与模拟吊钩点的空间距离小于辅助平衡吊绳的末端长度，第二验证条件为模拟吊钩点和重心点的连线与三个主受力吊绳的吊绳折点形成的支撑平面的交点在所述支撑平面内；
[0115]
当所述第一验证和所述第二验证均通过时，判定验证通过，并将所述模拟吊钩点的坐标确定为吊钩点坐标。
[0116]
在一种实施方式，所述依次选取一种模拟受力状态进行第二验证，包括：
[0117]
以三个主受力吊绳的吊绳折点建立平面方程式，以模拟吊钩点坐标和重心点坐标建立直线方程式；
[0118]
根据所述平面方程式和直线方程式进行求解，得到平面与直线的交点t；
[0119]
判断交点t是否在三个主受力吊绳的吊绳折点建立的空间三角形内,若是，则判定所述第二验证通过；若否，则判定所述第二验证不通过。
[0120]
为了便于对本发明的理解，下面以主受力吊绳为abc且辅助平衡吊绳为d的情况为例进行说明，其状态如图4所示。
[0121]
参照图4，验证内容包括：对下述两个条件，必须同时满足：辅助吊绳d处于松弛状态，即吊绳d的末折点与吊钩点j的空间距离ld《吊绳d的末端长度rd；“吊钩点与模具重心点连线”与“三个受力吊绳末折点形成的支撑平面”的交点一定在支撑平面内(否则模具会转动)。
[0122]
在进行第一验证时，通过三球交点，求解三元二次方程的方法求解出模拟吊钩点坐标j，再比较吊绳d的末折点与模拟吊钩点的空间距离ld是否《吊绳d的末端长度rd，当满足ld《rd，第一验证通过。
[0123]
在进行第二验证时，包括以下步骤：
[0124]
步骤s21，以a、b、c吊绳的末折点a2(x1,y1,z1)、b2(x2,y2,z2)、c2(x3,y3,z3)三点建立空间平面方程式，方法如下：
[0125]
构建向量：
[0126]
设平面的法向量(a，b，c),与垂直，根据向量叉积定理：求解出：
[0127]
a＝(y3-y1)*(z3-z1)-(z2-z1)*(y3-y1)；
[0128]
b＝(x3-x1)*(z2-z1)-(x2-x1)*(z3-z1)；
[0129]
c＝(x2-x1)*(y3-y1)-(x3-x1)*(y2-y1)；
[0130]
设平面方程为：ax by cz d＝0
ꢀꢀ
(1)
[0131]
将(x1,y1,z1)点数值代入方程ax by cz d＝0，可求出：
[0132]
d＝-(a*x1 b*y1 c*z1)
ꢀꢀ
(2)
[0133]
至此三点建立空间平面方程式参数求解完成。
[0134]
步骤s22，以吊钩点j及重心点g两点建立空间直线方程式，方法如下：
[0135]
计算得出的模拟吊钩点坐标j，赋值到下述方程中的(x1,y1,z1)；根据重心点坐标，赋值到下述方程中的(x2,y2,z2)，空间直线方程表达方式：
[0136][0137]
把直线方程改写成参数形式：设(x-a)/m＝(x-b)/n＝(z-c)/p＝t，则
[0138]
x＝mt a；y＝nt b；z＝pt c
ꢀꢀ
(4)
[0139]
步骤s23，求解平面与直线的交点t,首先联合(1)与(4)，可求出：
[0140]
t＝-(aa bb cc d)/(am bn cp)
ꢀꢀ
(5)
[0141]
将(5)代入(4)中，可求出平面与直线的交点t坐标(x,y,z)。
[0142]
步骤s24，判断点t是否在a2、b2、c2三点建立空间三角形内,方法如下：
[0143]
采用空间两点距离公式，分别求出6条边长：边a2b2、边a2c2、边c2b2、边a2t、边tb2、边tc2；
[0144]
根据三角形面积海伦公式：求出点t与点a2、b2、c2构成4个三角形的面积，分别记为：s
a2b2c2
、s
t b2c2
、s
a2 t c2
、s
a2b2 t
；其中，a、b、c为三角形三条边的边长，p＝(a b c)/2；
[0145]
若s
a2b2c2
＝s
t b2c2
s
a2 t c2
s
a2b2 t
，则交点t在a2、b2、c2三点构成的三角形内，则判定所述第二验证通过，如图5所示；
[0146]
若s
a2b2c2
《s
t b2c2
s
a2 t c2
s
a2b2 t
，则交点t在a2、b2、c2三点构成的三角形外，则判定所述第二验证不通过，如图6所示。
[0147]
需要说明的是，所述模拟受力状态包括主受力吊绳为abc且辅助平衡吊绳为d、主受力吊绳为abd且辅助平衡吊绳为c、主受力吊绳为acd且辅助平衡吊绳为b、主受力吊绳为bcd且辅助平衡吊绳为a，依次选取一种模拟受力状态进行第一验证和第二验证。若主受力吊绳为abc且辅助平衡吊绳为d的情况下，第一验证和第二验证均通过，则不再对其他受力情况的可能性进行判断；若第一种受力情况验证不通过，则按照上述方法继续验证下一种受力情况，直至验证通过。
[0148]
在步骤s13中，根据所述重心点坐标和所述吊钩点坐标，构建吊钩点与重心点之间的初始向量。吊钩点坐标记为j(xj，yj，zj)，重心点坐标记为g(xg，yg，zg)，初始向量记为(a，b，c)，计算公式如下：
[0149][0150][0151][0152]
在步骤s14中，根据所述初始向量与坐标轴向的夹角，得到模具起吊的摆动角度和平移角度。
[0153]
参照图7，模具起吊后在重力作用下，模具及吊绳将绕吊钩点j摆动，摆动至吊钩点
j与重心点g连线与地面垂直，摆动角度记为β，β为初始向量与-z方向的夹角。平移角度表示初始向量在xoy平面与 y方向的夹角，记为α。
[0154]
在步骤s15中，所述根据所述摆动角度和所述平移角度将初始坐标系转换为模具摆动后的坐标系，包括：
[0155]
根据所述摆动角度将初始坐标系进行旋转变换，得到旋转后坐标系；
[0156]
根据所述摆动角度和所述平移角度得到平移向量，并根据所述平移向量将所述旋转后坐标系进行平移变换，得到模具摆动后的坐标系。
[0157]
参照图7、图8，模具上任意点的摆动的坐标变化过程可表示为：坐标系o-xyz转换到坐标系o
”‑
x”y”z”。坐标系o-xyz转换到坐标系o
”‑
x”y”z”的运动，可分解为“旋转”加“平移”,旋转变换表示坐标系o-xyz绕原点旋转摆动角度β后,转换成坐标系o
’‑
x’y’z’；平移变换表示坐标系o
’‑
x’y’z’平移一个平移向量后，转换成坐标系o
”‑
x”y”z”。
[0158]
具体地，旋转变换的坐标变换数学关系(即坐标系o
’‑
x’y’z’上任意一点(x’,y’,z’)与原坐标系o-xyz的对应关系)，求解过程如下：
[0159]
首先，根据初始向量(a，b，c)、摆动角度β和平移角度α，可求出：
[0160][0161][0162][0163][0164]
然后，坐标系o-xyz原点旋转β角，可等效为：先绕z轴(右手法则)转α，再绕x(右手法则)转-β，最后绕z(右手法则)转-α，根据计算机图像学原理，其坐标转换矩阵关系：
[0165][0166]
根据矩阵的乘法结合率，可得：
[0167][0168]
即：
[0169]
x’＝(cosα*cosα sinα*cosβ*sinα)*x (-sinα*cosα cosα*cosβ*sinα)*y sinβ*sinα*z
[0170]
y’＝(-sinα*cosα sinα*cosβ*cosα)*x (sinα*sinα cosα*cosβ*cosα)*y sinβ*cosα*z
[0171]
z’＝-sinα*sinβ*x cosα*-sinβ*y cosβ*z
[0172]
参照图9，坐标系o
’‑
x’y’z’平移一个平移向量后，转换成坐标系o
”‑
x”y”z”。
因模具与吊绳整体进行坐标旋转加平移后，吊钩点j的坐标不发生变化，即j点旋转后转换为j’,平移的量为即如图8所示。将步骤s12求得的吊钩点坐标代入x’、y’、z’坐标公式可得j’坐标(x
j’,y
j’,z
j’)，具体如下：
[0173]
x
j’＝(cosα*cosα sinα*cosβ*sinα)*xj (-sinα*cosα cosα*cosβ*sinα)*yj sinβ*sinα*zj[0174]yj’＝(-sinα*cosα sinα*cosβ*cosα)*xj (sinα*sinα cosα*cosβ*cosα)*yj sinβ*cosα*zj[0175]zj’＝-sinα*sinβ*xj cosα*-sinβ*yj cosβ*zj[0176]
最后，j坐标(x
j’,y
j’,z
j’)减j’(x
j’,y
j’,z
j’)坐标即求出平移向量根据所述平移向量将所述旋转后坐标系进行平移变换，得到模具摆动后的坐标系。
[0177]
在步骤s16中，根据所述初始坐标和所述摆动后坐标计算得到模具摆动后的底面倾斜量，以根据所述底面倾斜量对模具结构进行设计。
[0178]
参照图10，在坐标转换前，从模具结构设计的3d数据中读取模具底面四角的坐标，(x
a底
,y
a底
,z
a底
)、(x
b底
,y
b底
,z
b底
)、(x
c底
,y
c底
,z
c底
)、(x
d底
,y
d底
,z
d底
)，因模具设计底面为平面，故z
a底
＝z
b底
＝z
c底
＝z
d底
。
[0179]
参照图11，按步骤s15得出模具摆动后的坐标系，求出模具底面四角的摆动后坐标，记为(x’a底
,y’a底
,z’a底
)、(x’b底
,y’b底
,z’b底
)、(x’c底
,y’c底
,z’c底
)、(x’d底
,y’d底
,z’d底
)。
[0180]
然后，通过比较z’a底
，z’b底
，z’c底
，z’d底
，得出四个数中最大值与最小值，并求出最大值与最小值的差值，即可求出模具摆动后的底面倾斜量。
[0181]
在本发明中，通过获取模具在初始坐标系中的重心点坐标、底面四角的初始坐标、起吊点坐标、吊绳长度和吊绳折点坐标；根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，计算得到吊钩点坐标；根据所述重心点坐标和所述吊钩点坐标，构建吊钩点与重心点之间的初始向量；根据所述初始向量与坐标轴向的夹角，得到模具起吊的摆动角度和平移角度；根据所述摆动角度和所述平移角度将初始坐标系转换为模具摆动后的坐标系，得到模具底面四角的摆动后坐标；根据所述初始坐标和所述摆动后坐标计算得到模具摆动后的底面倾斜量，以根据所述底面倾斜量对模具结构进行设计。
[0182]
本发明能够实现计算多种起吊工况下的倾斜量，并根据底面倾斜量对模具结构进行调整，以保证模具的吊装平衡。同时，本发明具有以下优：
[0183]
1、本发明考虑了模具上的折点对吊绳走向的影响、并为“判断四个吊绳起吊的主受力吊”提供了验算方法；
[0184]
2、本发明提供了模具摆动三维坐标换算的计算方法，可直接计算出模具上任意一点摆动后的新坐标；
[0185]
3、在具体应用中，本发明可以采用将算法嵌入ug软件二次开发，可直观地在ug软件看到模具摆动后的3d图像，并减少人工计算。
[0186]
参照图12，本发明第二实施例提供了一种基于起吊平衡的模具设计装置，包括：
[0187]
坐标获取模块，用于获取模具在初始坐标系中的重心点坐标、底面四角的初始坐标、起吊点坐标、吊绳长度和吊绳折点坐标；
[0188]
坐标计算模块，用于根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，计
算得到吊钩点坐标；
[0189]
向量构建模块，用于根据所述重心点坐标和所述吊钩点坐标，构建吊钩点与重心点之间的初始向量；
[0190]
角度计算模块，用于根据所述初始向量与坐标轴向的夹角，得到模具起吊的摆动角度和平移角度；
[0191]
坐标转换模块，用于根据所述摆动角度和所述平移角度将初始坐标系转换为模具摆动后的坐标系，得到模具底面四角的摆动后坐标；
[0192]
倾斜量计算模块，用于根据所述初始坐标和所述摆动后坐标计算得到模具摆动后的底面倾斜量，以根据所述底面倾斜量对模具结构进行设计。
[0193]
优选地，所述装置还包括：
[0194]
倾斜量判断模块，用于判断所述底面倾斜量是否小于预设的偏差基准值；若是，则判定模具的结构设计通过；若否，则对模具的结构进行调整直至所述底面倾斜量小于所述偏差基准值。
[0195]
优选地，所述坐标计算模块包括：
[0196]
长度计算模块，用于根据所述起吊点坐标、所述吊绳长度和所述吊绳折点坐标，得到四根吊绳的末端长度；
[0197]
距离计算模块，用于以任意三根吊绳的吊绳折点为圆心建立相同半径的三个球体，基于三球交点原理计算得到初始吊钩点坐标，并计算另一根吊绳的吊绳折点与所述初始吊钩点之间的空间直线距离；
[0198]
长度判断模块，用于判断所述空间直线距离是否等于所述另一根吊绳的末端长度；若是，则判定四根吊绳均受力，并将所述初始吊钩点坐标确定为吊钩点坐标；若否，则判定四根吊绳中仅有三根吊绳受力，并根据模拟受力状态计算得到吊钩点坐标。
[0199]
优选地，所述坐标计算模块包括：
[0200]
模拟吊钩点计算模块，用于根据三根主受力吊绳的吊绳折点和三球交点原理计算得到模拟吊钩点坐标；
[0201]
验证模块，用于依次选取一种模拟受力状态进行第一验证和第二验证；其中，第一验证条件为辅助平衡吊绳的吊绳折点与模拟吊钩点的空间距离小于辅助平衡吊绳的末端长度，第二验证条件为模拟吊钩点和重心点的连线与三个主受力吊绳的吊绳折点形成的支撑平面的交点在所述支撑平面内；
[0202]
吊钩点坐标确定模块，用于当所述第一验证和所述第二验证均通过时，判定验证通过，并将所述模拟吊钩点的坐标确定为吊钩点坐标。
[0203]
优选地，所述验证模块包括：
[0204]
方程建立模块，用于以三个主受力吊绳的吊绳折点建立平面方程式，以模拟吊钩点坐标和重心点坐标建立直线方程式；
[0205]
交点计算模块，用于根据所述平面方程式和直线方程式进行求解，得到平面与直线的交点t；
[0206]
交点判断模块，用于判断交点t是否在三个主受力吊绳的吊绳折点建立的空间三角形内,若是，则判定所述第二验证通过；若否，则判定所述第二验证不通过。
[0207]
优选地，所述坐标转换模块包括：
[0208]
旋转转换模块，用于根据所述摆动角度将初始坐标系进行旋转变换，得到旋转后坐标系；
[0209]
平移转换模块，用于根据所述摆动角度和所述平移角度得到平移向量，并根据所述平移向量将所述旋转后坐标系进行平移变换，得到模具摆动后的坐标系。
[0210]
需要说明的是，本发明实施例提供的一种基于起吊平衡的模具设计装置用于执行上述实施例的一种基于起吊平衡的模具设计方法的所有流程步骤，两者的工作原理和有益效果一一对应，因而不再赘述。
[0211]
本发明实施例还提供了一种终端设备。该终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如基于起吊平衡的模具设计程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个基于起吊平衡的模具设计方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤s11。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如坐标转换模块。
[0212]
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。
[0213]
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及智能平板等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述部件仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0214]
所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。
[0215]
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0216]
其中，所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来
完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0217]
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0218]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。