CN111742318A - 用于执行收缩线缆运动的模拟的方法和系统 - Google Patents

用于执行收缩线缆运动的模拟的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111742318A
CN111742318A CN201880089780.8A CN201880089780A CN111742318A CN 111742318 A CN111742318 A CN 111742318A CN 201880089780 A CN201880089780 A CN 201880089780A CN 111742318 A CN111742318 A CN 111742318A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flexible cable
length
outer portion
control point
retraction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880089780.8A
Other languages
English (en)
Inventor
纪尧姆·吉尼乌
伯努瓦·米歇尔
皮埃尔·拉吉耶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Industry Software Inc
Original Assignee
Siemens Industry Software Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Industry Software Inc filed Critical Siemens Industry Software Inc
Publication of CN111742318A publication Critical patent/CN111742318A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H75/00—Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
    • B65H75/02—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks
    • B65H75/34—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks specially adapted or mounted for storing and repeatedly paying-out and re-storing lengths of material provided for particular purposes, e.g. anchored hoses, power cables
    • B65H75/36—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks specially adapted or mounted for storing and repeatedly paying-out and re-storing lengths of material provided for particular purposes, e.g. anchored hoses, power cables without essentially involving the use of a core or former internal to a stored package of material, e.g. with stored material housed within casing or container, or intermittently engaging a plurality of supports as in sinuous or serpentine fashion
    • B65H75/362—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks specially adapted or mounted for storing and repeatedly paying-out and re-storing lengths of material provided for particular purposes, e.g. anchored hoses, power cables without essentially involving the use of a core or former internal to a stored package of material, e.g. with stored material housed within casing or container, or intermittently engaging a plurality of supports as in sinuous or serpentine fashion with stored material housed within a casing or container
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/10—Constructive solid geometry [CSG] using solid primitives, e.g. cylinders, cubes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/04—Constraint-based CAD
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/10—Additive manufacturing, e.g. 3D printing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/16—Cables, cable trees or wire harnesses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

用于在附接至柔性收缩线缆的对象的运动期间模拟该柔性收缩线缆的系统和方法，其中，该方法包括接收包括对象的数值模型的信息输入、接收线缆信息输入和收缩系统信息输入，该方法包括通过仅将柔性线缆的位于收缩系统外部的一部分建模为沿着所述部分的长度分布的一系列控制点来创建柔性线缆的数值模型，其中，控制点中的每个控制点受到表示控制点与其环境相互作用的力，并且其中，控制点的数目是固定的，该方法还包括将柔性线缆的数值模型存储在存储器中并且模拟在对象运动期间将发生的柔性线缆的运动。

Description

用于执行收缩线缆运动的模拟的方法和系统
技术领域
本公开内容总体上涉及计算机辅助设计、可视化和制造(“CAD”)系统、产品生命周期管理(“PLM”)系统、产品数据管理(“PDM”)系统以及管理产品和其他项的数据的类似系统(统称为“产品数据管理”系统或PDM系统)。更具体地，本公开内容涉及生产环境模拟。
背景技术
在工业过程的规划中，使用计算机模拟技术，其中通过虚拟模拟环境的虚拟场景来对物理环境的物理场景进行建模。物理或真实场景可以例如是设施、制造厂、工业场景、或可以受益于出于工业模拟目的而在虚拟环境中建模的任何其他物理场景。
真实场景可以包括与制造厂有关的各种真实对象。真实对象的示例包括但不限于设备件、工具、容器、机器人、材料件、成品或半成品以及真实场景中存在的其他对象。真实对象在虚拟模拟环境中由虚拟对象表示。虚拟对象通常通过三维(3D)虚拟模型来定义，三维虚拟模型的示例包括但不限于CAD模型、类似CAD的模型、点云模型和其他类型的3D计算机模型。
在真实场景中，真实对象由位置、取向、应变和应力来表征，所述位置、取向、应变和应力可以随着真实对象在真实场景内移动或重新定位而改变/移动。当在虚拟模拟环境中对工业设施进行建模时，通常常见的要求是虚拟场景中虚拟对象的位置、取向、应变和应力准确地反映真实场景中真实对象的位置、取向、应变和应力。
例如，用于制造过程的机器人可能具有随时间重复的复杂运动行为。特别地，柔性机器人线缆在运动期间承受可变和重复的应力和应变，包括弯曲和扭转力、与周围环境的重复接触，这可能导致线缆故障，并且因此导致制造停机时间。随着时间推移以及在柔性线缆所附接至的机器人的特定环境下对柔性线缆行为的正确模拟确保了以降低的长期部署成本来开发更高质量的机器人解决方案。
各种解决方案已经能够模拟用于机器人的柔性线缆运动。典型的示例是由Siemens PLM软件开发的Kineo柔性线缆软件。现有解决方案使用基于物理的求解器来实时模拟机器人的多个线缆。完全集成的接触和碰撞检测确保线缆在机器人的虚拟环境中遵守无碰撞运动。应力和应变计算使得能够预测线缆张力、屈曲和扭转，同时可以自动考虑重力、线缆惯性和几何非线性的影响。
然而，没有解决方案完全地解决柔性收缩线缆的问题。
柔性收缩线缆是通常借助于一个或若干夹持装置以一定自由度安装在机器人上的线缆，该夹持装置将线缆的一个或若干点或部分固定到机器人结构并且另外与机器人的收缩系统协作，机器人的收缩系统的任务是在机器人的运动期间或在机器人的第一部分相对于机器人的第二部分的运动期间使尽可能多的线缆长度收缩在收缩系统的壳体内。这使得机器人能够在不需要附加线缆长度的运动期间将线缆的一些未使用的长度存储在收缩系统的壳体内部。因此减小了柔性收缩线缆在其环境中的运动幅度，避免了例如柔性收缩线缆与周围环境之间的有害接触。
由于同与这样的收缩系统协作的柔性收缩线缆运动相关的物理复杂性，已知目前没有合适的解决方案。
因此，本发明的目的是提出一种能够有效地模拟与收缩系统协作的柔性线缆的运动的解决方案，其中，柔性线缆和收缩系统被配置成安装在机器人上，其中，减少了模拟所需的计算时间和存储空间。
发明内容
各种公开的实施方式包括用于在柔性线缆和收缩系统所附接的对象(如机器人)的运动期间模拟与收缩系统协作的柔性线缆的方法和对应的系统以及计算机可读介质。该方法包括接收包括对象的数值模型的信息输入。该方法还包括接收线缆信息输入和收缩系统信息输入，其中，缆线信息输入是与柔性缆线相关的数据，并且收缩系统信息输入是与收缩系统相关的数据，其中，收缩系统和柔性缆线耦接在一起并且必须被安装在对象上，其中，柔性缆线包括收缩部分(例如位于收缩系统的壳体内)和外部部分(例如位于收缩系统的壳体的外部)。该方法包括：通过将柔性线缆建模为沿着柔性线缆的长度分布的一系列控制点来创建柔性线缆的数值模型，其中，控制点中的每一个受到表示控制点与其环境相互作用的力；将柔性缆索的数值模型存储在存储器中；通过在考虑施加到至少一个控制点的力的同时根据时间改变所述至少一个控制点的位置来模拟柔性线缆在对象的运动期间将发生的运动，其中，仅柔性线缆的外部部分被建模为所述一系列控制点，而柔性线缆的收缩部分既不被建模也不被模拟，其中，控制点的数目是固定的，其中，沿着外部部分的柔性线缆长度测量的并且将两个相邻控制点分开的柔性线缆的长度在柔性线缆的运动的模拟期间根据柔性线缆的外部部分的长度的变化而变化，其中，所述长度的变化根据例如在收缩系统的壳体内对由收缩系统施加在柔性线缆上以收缩柔性线缆的力进行建模的收缩力(以及可选地由外部部分施加的外力)而变化。特别地，外部部分根据时间的长度可以由用户定义，并且通常用作对柔性线缆的模拟的约束。优选地，柔性线缆的沿着外部部分柔性线缆长度测量的并且将两个相邻控制点分开的所述长度被定义为柔性线缆外部部分的长度的函数。换言之，控制点沿着柔性线缆外部部分的长度的分布优选地将使柔性线缆的两个相邻控制点分开的长度固定为柔性线缆外部部分的长度的比例。
在另一示例中，公开了一种数据处理系统。所述数据处理系统包括处理器和能够访问的存储器。该数据处理系统特别地被配置成
a)接收包括对象的数值模型的对象信息输入；其中，所述对象包括可能处于运动中的至少一个部分，并且优选地包括处于相对运动中的至少两个部分，分别是第一部分和第二部分，其中，所述对象信息输入还可以包括关于可能处于运动中的所述至少一个部分的运动信息；
b)接收线缆信息输入，所述线缆信息输入包括柔性线缆的长度、柔性线缆的第一部分到对象的连接位置、柔性线缆的第二部分到收缩系统的收缩装置的连接位置，线缆的第一部分例如可以是柔性线缆的必须连接至对象的第一部分的末端之一，柔性线缆的第一部分不同于柔性线缆的第二部分，柔性线缆的第二部分例如是所述末端中的另一个并且必须经由所述收缩装置连接至对象的第二部分，其中，柔性线缆的第一部分通常通过夹持装置连接/固定至对象，该夹持装置被配置用于将柔性线缆附接或固定至对象，其中，柔性线缆的第二部分通过收缩系统的收缩装置固定至对象，其中，每个连接位置定义柔性线缆上相对于对象的位置；
c)接收收缩系统信息输入，收缩系统信息输入包括收缩系统的入口耦接至柔性线缆的位置、可选地柔性线缆可以穿过所述入口被收缩系统收缩的最大长度、柔性线缆穿过该入口的收缩方向、以及由收缩系统的收缩装置施加在柔性线缆上以穿过所述入口收缩柔性线缆的收缩力，优选地所述收缩力能够间接地借助于收缩系统的收缩装置的弹簧常数来定义，其中，收缩装置通常被配置成例如在收缩系统的壳体内根据收缩方向使柔性线缆的长度收缩穿过所述入口，并且其中，收缩系统被配置成固定至对象，其中，入口的位置相对于对象来定义；
d)根据对象信息输入、线缆信息输入和收缩系统信息输入自动地创建柔性线缆的数值模型，其中，柔性线缆被建模为仅沿着柔性线缆的外部部分的长度分布的一系列控制点，其中，所述外部部分是柔性线缆的从入口位置在与收缩方向相反的方向上延伸直到柔性线缆的末端(特别是直到所述部分中第一部分或第二部分的所述连接位置之一)的部分，其中，控制点中的每个控制点受到表示控制点与其环境相互作用的力，其中，柔性线缆的外部部分的长度根据由收缩装置施加在柔性线缆上以用于收缩柔性线缆的收缩力(可选地并且另外地，根据由外部部分施加的所述外力)而变化，并且其中，沿着外部部分的所述长度的控制点的数目是固定的。特别地，外部部分是柔性线缆的包括在入口位置与柔性线缆的第一部分之间的部分；
e)将柔性线缆的数值模型自动地存储在存储器中；
f)模拟在对象的运动期间(例如，对象的第一部分的运动期间)将发生的柔性线缆的运动，其中，在模拟期间，虽然所述外部部分的长度可能变化，柔性线缆的外部部分的控制点的数目保持固定。在对象的所述运动期间，至少一个控制点相比于其他控制点具有相对运动。特别地，根据本发明的柔性线缆的运动的模拟自动地计算外部部分根据时间的长度。
在另一示例中，公开了一种非暂态计算机可读介质。非暂态计算机可读介质编码有可执行指令，可执行指令当被执行时，使得一个或更多个数据处理系统执行上述步骤a)至f)。
前面已经相当广泛地概述了本公开内容的特征和技术优点，以便本领域技术人员可以更好地理解下面的详细描述。在下文中，将描述本公开内容的形成权利要求书的主题的另外的特征和优点。本领域技术人员将理解的是，出于执行本公开内容的相同目的，他们可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式作为用于修改或设计其他结构的基础。本领域技术人员还将认识到，这样的等同构造不会脱离本公开内容的最广泛的形式的精神和范围。
在进行下面的具体实施方式之前，阐明本专利文件通篇使用的某些词或短语的定义可能是有利的：术语“包括”和“包含”以及其派生词是指包括但不限于此；术语“或”是包含性的，意指和/或；短语“与......相关联”和“与其相关联”及其派生词可以意指包括、被包括在其内、与......互连、包含、被包含在其内、连接至或与......连接、耦接至或与......耦接、与......可通信、与......合作、交错、并置、接近、绑定至或与......绑定、具有、具有......的性质等；并且术语“控制器”意指控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，无论这样的设备是以硬件、固件、软件还是以其中至少两个的某种组合实现的。应当注意，无论是本地的或是远程的，与任何特定控制器相关联的功能可以是集中的或分布式的。本专利文件通篇提供了某些词和短语的定义，并且本领域普通技术人员将理解，这样的定义在许多(如果不是大多数)情况下适用于这样定义的词和短语的先前使用和将来使用。虽然一些术语可以包括各种各样的实施方式，但是所附权利要求可以将这些术语明确地限制到具体实施方式。
附图说明
为了更全面地理解本公开内容及其优点，现在参考结合附图的以下描述，其中，相同的附图标记表示相同的对象，并且在附图中：
图1示出了可以实现实施方式的数据处理系统的框图；
图2示意性地示出了包括用于收缩柔性线缆的收缩系统的机器人的示意图；
图3A和图3B示意性地示出了提出的用于对图2的柔性线缆进行建模的简单解决方案，并且图3C和图3D示出了用于对所述柔性线缆进行建模的本发明的优选实施方式；
图4示出了用于模拟柔性收缩线缆的处理的流程图。
具体实施方式
在本专利文件中，以下讨论的图1至图4以及用于描述本公开内容的原理的各种实施方式仅作为例示，并且不应当以任何方式解释为限制本公开内容的范围。本领域技术人员将理解，本公开内容的原理可以在任何适当地布置的设备中实现。将参照示例性非限制实施方式来描述本申请的许多新颖教导。
图1示出了数据处理系统100的框图，在数据处理系统100中，实施方式可以例如被实现为特别地由软件或者其他方式配置以执行本文描述的过程的PDM系统，并且特别地可以被实现为本文描述的多个互连和通信系统中的每一个。所示的数据处理系统100可以包括连接至二级缓存/桥接器104的处理器102，二级缓存/桥接器104又连接至本地系统总线106。本地系统总线106可以是例如外围部件互连(PCI)架构总线。在所示的示例中，主存储器108和图形适配器110也连接至本地系统总线。图形适配器110可以连接至显示器111。
诸如局域网(LAN)/广域网/无线(例如Wi-Fi)适配器112的其他外围设备也可连接至本地系统总线106。扩展总线接口114将本地系统总线106连接至输入/输出(I/O)总线116。I/O总线116连接至键盘/鼠标适配器118、磁盘控制器120和I/O适配器122。磁盘控制器120可以连接至存储装置126，存储装置126可以是任何合适的机器可用存储介质或机器可读存储介质，包括但不限于非易失性硬编码型介质例如只读存储器(ROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)；磁带存储装置；和用户可记录型介质例如软盘、硬盘驱动器和光盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能盘(DVD)；以及其他已知的光、电或磁存储设备。
在示出的示例中还连接至I/O总线116的有音频适配器124，扬声器(未示出)可以连接到音频适配器124以用于播放声音。键盘/鼠标适配器118为点击设备(未示出)例如鼠标、跟踪球、跟踪指针、触摸屏等提供连接。
本领域普通技术人员将理解，图1中所示的硬件对于特定实现方式可以变化。例如，除了所示的硬件之外或替代所示的硬件，也可以使用其他外围设备例如光盘驱动器等。仅出于说明的目的来提供所示的示例，并且所示的示例并且不意味着暗含对本公开内容的架构限制。
根据本公开内容的实施方式的数据处理系统可以包括采用图形用户界面的操作系统。操作系统允许在图形用户界面中同时呈现多个显示窗口，其中，每个显示窗口对不同的应用或者对同一应用的不同的实例提供界面。图形用户界面中的光标可以由用户通过点击设备来操纵。可以改变光标的位置和/或生成诸如点击鼠标按钮的事件来启动期望的响应。
也可以在适当地修改的情况下使用各种商用操作系统中之一，例如位于华盛顿的雷德蒙的微软公司的产品Microsoft Windows版本。如所描述的，根据本公开内容来修改或创建操作系统。
LAN/WAN/无线适配器112可以连接至网络130(不是数据处理系统100的一部分)，该网络130可以是本领域技术人员已知的任何公共或私人数据处理系统网络或网络的组合，包括因特网。数据处理系统100可以通过网络130与服务器系统140通信，服务器系统140也不是数据处理系统100的一部分，但是服务器系统140可以被实现为例如单独的数据处理系统100。
图2示出了根据本发明的柔性线缆和收缩系统可以连接至其并且需要模拟其运动行为的对象的优选实施方式。根据所述优选实施方式，对象是包括柔性线缆201和收缩系统202的机器人200。收缩系统202被配置用于在机器人200的运动期间将柔性线缆201的未使用长度收缩到壳体203内。实际上，机器人的特定运动可能需要附加的柔性线缆长度，在这种情况下，通过将柔性线缆穿过所述壳体203的孔或入口206拉到壳体203的外部来获得所述附加的线缆长度。对于其他机器人运动，所述附加长度将是不方便的，并且在这种情况下，收缩系统202自动地将所述附加长度拉回即收缩到其壳体203中，使得所述附加长度不干扰所述其他机器人运动。通常，柔性线缆201的第一部分204(例如第一末端)固定至安装在机器人200的第一部分上的第一连接器(例如用于完成一些制造任务的工具205的连接器)，并且柔性线缆201的第二部分(例如所述柔性线缆的第二末端)经由通常安装在收缩系统202的壳体203内的收缩装置固定至机器人，该收缩系统安装在机器人200的另一部分上，其中，在机器人的运动期间，机器人的第一部分和第二部分处于相对于彼此的相对运动。换言之，当例如工具205正在实现制造任务时，机器人的第一部分相对于机器人的第二部分移动。由于柔性线缆的第一部分与第二部分之间的这种相对运动，柔性线缆的存储在收缩系统的壳体内的收缩部分根据时间(即，根据机器人实现的制造任务)变化，并且收缩系统202确保柔性线缆的长度既不阻止也不干扰工具205的运动。
图3示意性地示出了用于对附接至包括壳体203的收缩系统202的柔性线缆201进行建模的两个不同的数值模型：根据所提出的简单的解决方案，与收缩系统相互作用的柔性线缆的第一数值模型由图A和图B示意性地表示，并且根据本发明的优选实施方式，同一柔性线缆的第二数值模型在图C和图D中表示，其中，所述第二数值模型被自动地创建并且然后由根据本发明的数据处理系统来模拟。
图A和图B中表示的第一数值模型示出了对安装在机器人上的柔性线缆的技术问题的简单解决方案，其中，柔性线缆201被建模为沿着柔性线缆201的整个长度规则地间隔开的一系列控制点210。该柔性线缆包括位于壳体203外部的外部部分PE和位于壳体203内部的收缩部分PR。外部部分PE和收缩部分PR的长度根据至少一个控制点相对于其他控制点的运动而变化。例如，上述运动可以是与收缩系统相比的柔性线缆201的末端的运动，例如来自于柔性线缆和收缩系统所附接的对象的运动，但是上述运动也可以是位于处于外壳外部的柔性线缆的末端与所述壳体之间的控制点例如由于惯性的运动。每个控制点可以占据的位置构成柔性线缆201的自由度。每个控制点的所述位置可以相对于对象来定义，例如相对于机器人的固定体来定义，或者相对于用于描述对象的运动的外部参照系来定义。通常，柔性线缆201的第一部分包括第一控制点211并且通常位于柔性线缆201的第一末端处并且可以对应于所述柔性线缆到第一连接器的固定，该第一连接器例如可以安装在对象的第一部分上，并且最后控制点212位于柔性线缆201的另一末端并且对应于所述柔性线缆到第二连接器的固定(优选地在收缩系统的壳体203内)，该第二连接器通常安装在对象的第二部分上，其中，对象的第一部分和对象的第二部分可以处于相对运动。在第一控制点211与最后控制点212之间，柔性线缆201的数值模型可以包括一个或若干控制点，这些控制点的位置根据时间的变化模拟对象运动期间柔性线缆201的运动。
控制点210的自由度受制于根据内应力、重力和接触力的值对这些力进行建模的各种力，并且受制于惯性效应。自由度还受制于对其值的约束，这些约束表示避免与周围刚性对象互穿。柔性线缆201的运动被划分成小的时间步长，其中，在每个时间步长处，重新计算自由度的值，即控制点的位置。使用已知技术来重新计算新的值，这些技术考虑了施加到每个自由度的力、惯性效应和防止与其他对象互穿的约束。
根据上述简单的解决方案，通常通过收缩力FR对收缩系统202进行建模，该收缩力FR被加到柔性线缆201受到的其他力(例如，内应力、重力内摩擦、与环境的摩擦)，并且另外地，接触力被施加到线缆的在壳体203内部的收缩部分并且更重要的是被施加到位于收缩系统202的壳体203的入口处的柔性线缆的一部分。该收缩系统意指柔性线缆的至少第二部分213连接至收缩系统的收缩装置，其中，收缩装置与柔性线缆之间的相互作用由作用于包括在所述第二部分213内的控制点上的收缩力FR来表示。根据所述简单的解决方案，柔性线缆201的数值模型包括固定数目的控制点210，但是位于壳体203外部的控制点210的数目根据时间而变化，即根据位于壳体203外部的柔性线缆长度而变化。例如，图3A示出了处于收缩位置的柔性线缆201，其中，5个控制点位于壳体203外部，并且图3B示出了处于拉出位置的柔性线缆201，其中，位于壳体203外部的柔性线缆的外部部分的长度增加，使得位于壳体外部的控制点210的数目也增加，并且从5个控制点增加到6个控制点。
用于确定柔性线缆的行为的先前公开的简单解决方案具有以下缺点：
-必须将柔性线缆的数值模型存储在计算所述数值模型的数据处理系统的存储器中的高复杂性，这主要是由收缩系统向柔性线缆添加约束引起的；
-用于获得对所述柔性线缆的运动的模拟的高计算工作量和时间。
因此，这样的解决方案对模拟柔性收缩线缆的运动来说将是不合适的和不够有效，因为该解决方案将需要高计算能力、长计算时间和大存储空间。
本实施方式能够简化附接至收缩系统的柔性线缆的数值模型，因此减小了存储所述数值模型所需的存储器大小，并且还减少了用于获得柔性线缆的运动的模拟的计算时间和计算量。例如，用于模拟柔性线缆受到收缩系统的动作影响的运动的计算次数远小于根据简单的解决方案模拟相同运动所需的计算次数。
这些优点借助于根据图3C和图3D的由本发明提出的第二数值模型来说明，其中，未模拟柔性线缆201的收缩部分PR：换言之，壳体203被认为是黑盒，并且为了模拟的目的，不考虑柔性线缆201在所述黑盒内的行为。为了模拟的目的，只考虑柔性线缆201的外部部分PE，即柔性线缆的位于壳体203外部的部分。
因此，替代模拟长度恒定的柔性线缆201，本发明提出了为仅包括柔性线缆相对于收缩系统的入口206的外部部分的柔性线缆201创建数值模型，其中，所述外部部分的长度是可变参数。实际上，所述外部部分的长度取决于柔性线缆201是被拉到壳体203的外部还是被收缩到壳体203的内部而根据时间变化。根据本发明，柔性线缆201的外部部分的这种可变长度是柔性线缆201的数值模型的附加自由度。另外，由收缩系统202施加到柔性线缆201的收缩力FR被建模为作用于作为可变长度的所述附加自由度上的弹力。此外，柔性线缆的外部部分仍然被建模为一系列控制点210，但是与简单的解决方案相反，位于壳体203外部的控制点210的数目不随时间(即，不随着线缆从壳体拉出或收缩于壳体内)而改变。实际上，根据本发明，仅柔性线缆的外部部分通过数值模型来建模，并且所述数值模型包括沿着柔性线缆的所述外部部分的长度分布的固定数目的控制点。通过比较图3C和图3D可以看出，当柔性线缆201的外部部分的长度增加(或者相反，将减小)时，位于壳体203外部的控制点210的数目保持不变。优选地，并且如在简单的解决方案中已经公开的，在柔性线缆的外部部分的长度上控制点210仍然例如规则地或不规则地间隔开来分布，但是现在这种间隔适用于柔性线缆的外部部分的可变长度。换言之，根据本发明的沿着柔性线缆的数值模型的两个相邻控制点210之间的线缆长度测量的距离根据外部部分的长度而变化，并且因此将随着时间而变化以便跟随机器人的运动。另外，控制点210仍然受到对内应力和/或重力和/或内摩擦和/或与环境的摩擦和/或其他物理现象进行建模的力，并且这些控制点210还优选地受到互穿避免约束和惯性效应的作用。
优选地，根据本发明的柔性线缆的数值模型还包括第一控制点211和最后控制点212，第一控制点211优选地位于柔性线缆201的外部部分的通常必须固定至所谓的第一连接器的第一末端处，最后控制点212位于柔性线缆201的外部部分的另一末端处，其中，所述最后控制点212保持在位于收缩系统202的壳体203的线缆入口206处，而与外部部分的长度的变化无关。特别地，在外部部分PE的长度变化期间，最后控制点212相对于线缆入口206保持在同一位置，并且第一控制点211优选地保持在位于柔性线缆的第一末端处。在第一控制点与最后控制点之间，根据本发明的柔性线缆的数值模型可以包括一个或更多个附加控制点，其中，控制点位置根据时间的改变模拟在对象运动期间柔性线缆201的整个外部部分的运动。通常，在对象运动期间，所述控制点的至少一个控制点具有相对于其他控制点的相对运动。例如，当考虑附接至壳体203的线缆入口206的惯性参照系时，为了模拟柔性线缆的外部部分的运动，最后控制点212可以随时间推移由固定位置来表征，而第一控制点211的位置可以根据时间相对于最后控制点212的位置而变化。与简单的解决方案相比，根据本发明的数据处理系统被配置成自动地重新计算位于最后控制点212与第一控制点211之间的任何控制点的位置，以例如保持在外部部分的长度变化期间在每对直接连续的控制点之间沿柔性线缆的长度测量的相同控制点间距，或者以满足关于沿柔性线缆的长度的控制点位置分布的用户定义的约束。换言之，所述间距(即两个直接连续的控制点之间的间隔)根据外部部分PE的长度而变化：长度越长，间距将越大，反之长度越短则间距将越小。实际上，并且优选地，柔性线缆的将两个相邻控制点分开的长度是柔性线缆的外部部分的长度的比例或百分比：例如，如果从最后控制点212测量外部部分的长度，则所述最后控制点212处于外部部分的长度的0％处，并且第一控制点211保持在所述外部部分长度的100％处，而第一控制点211所处的位置的百分比可以变化。然后，其他控制点根据外部部分长度的固定比例/百分比，分布在第一控制点与最后控制点之间。例如，第二控制点可以位于外部部分长度的20％处，第三控制点可以位于外部部分长度的50％处等。控制点根据外部部分长度的比例/百分比沿着外部部分长度的这样的分布，使得系统能够根据外部部分长度的变化容易地重新计算控制点的位置。根据本发明的控制点的分布优选地将两个直接连续的(即相邻的)控制点分开的柔性线缆的长度定义为可变外部部分长度的固定比例或百分比。
然后，用于模拟物理系统的已知技术在加以必要的修修后可以被应用于外部部分PE的数值模型，该已知技术可以应用于柔性线缆的已知数值模型作为一系列控制点，其中，柔性线缆的外部部分的运动被划分为小的时间步长，其中，在每个时间步长处，重新计算所有自由度的值，即每个控制点的位置和外部部分的可变长度。例如，在加州理工学院的题为“Variation Integrator”的West M.论文(博士)(2004)的文献中或者在题为“DiscreteLagrangian mechanics and geometrically exact Cosserat rods,Jung,Leyendecker,Linn,Ortiz(2009)”的文献中描述了这样的已知的技术。
与根据简单解决方案被配置用于模拟柔性线缆的数据处理系统相比，被配置用于根据本发明提出的数值模型来模拟柔性线缆201的数据处理系统具有许多优点。实际上，由于收缩系统被认为是未被模拟的黑盒，并且由于仅柔性线缆的外部部分被以固定数目的控制点来模拟，因此大大减少了模拟所使用的数据处理系统存储器以及用于执行模拟所需的计算时间。实际上，由数据处理系统存储的用于执行模拟的数据的数量减小，并且用于模拟柔性线缆的运动的计算次数也减小。另外，由于不考虑收缩系统与壳体203内的柔性线缆之间的相互作用，因此创建数值模型所需的时间大大减少。实际上，仅考虑由收缩系统施加在外部部分上的收缩力FR。
图4示出了根据本发明的用于通过数据处理系统执行柔性线缆的模拟的方法的流程图400。柔性线缆优选地包括至少一个部分，例如第一末端，其特征在于相对于另一部分例如第二末端的相对运动。根据本发明的柔性线缆耦接至收缩系统。柔性线缆和收缩系统通常是机器人的一部分，机器人的运动(例如，机器人的一些部分的重复的预定义运动)引起柔性线缆的运动。优选地，柔性线缆的一个或若干部分附接至机器人的一个或若干结构或部分，并且可以服从相对运动。下面描述根据本发明的方法的不同步骤的优选实施方式。
在步骤401处，数据处理系统接收包括对象的数值模型的对象信息输入。所述对象优选地包括处于相对运动的至少两个部分或结构，分别是第一部分和第二部分。所述对象通常是机器人，其中，例如臂结构是第一部分并且主体结构是第二部分，其中，臂结构相对于主体结构处于相对运动。在该步骤处，数据处理系统接收到的对象的数值模型明显没有与须由根据本发明的数据处理系统来模拟的柔性线缆和收缩系统相关的任何数据。
在步骤402处，数据处理系统接收线缆信息输入，该线缆信息输入包括柔性线缆的长度、柔性线缆的第一部分到对象的连接位置、柔性线缆的第二部分到被配置用于安装在所述对象上的收缩系统的收缩装置的连接位置。线缆信息输入可以可选地包括其他参数，包括以下参数或附加信息输入中的至少一个：
-柔性线缆到对象的第一部分和/或第二部分和/或附加部分的一个或若干附加连接位置；
-柔性线缆的直径；
-最大接触力；
-柔性线缆的最大和/或最小曲率半径；
-柔性线缆的一个或若干刚性/刚度系数；
-用于模拟柔性线缆的控制点的数目；
-柔性线缆的变形限制，如最大扭曲、最大扭曲率；
-柔性线缆的质量、线性质量或体积密度；
-限定控制点沿柔性线缆的长度的分布的参数，例如控制点沿外部部分的长度的分布是可变外部部分长度的固定比例或百分比的分布；
-一个或更多个内摩擦参数；
-柔性线缆的最大张力；
-柔性线缆的一个或更多个柔性材料部件的列表，这些部件中的每一个由包括以下参数中的一个或更多个的信息输入定义：
-描述部件在柔性线缆内部填充的空间的一个或更多个参数，例如内层和/或外层直径；
-一个或更多个刚性/刚度系数；
-质量、线性质量或体积密度；
-一个或更多个内摩擦参数；
-材料层中的最大张力。
每个连接位置优选地相对于参照系如惯性参照系或相对于用作参照系的对象来定义。
在步骤403处，数据处理系统接收收缩系统信息输入，该收缩系统信息输入包括收缩系统的入口的位置(例如，相对于参照系或对象定义的位置)、可选地可以由收缩系统收缩的柔性线缆的最大长度、柔性线缆穿过所述入口的收缩方向、以及例如由用于收缩系统的收缩装置的弹簧常数定义的收缩力，该收缩装置被配置用于通过显著地作用于柔性线缆的所述第二部分来收缩柔性线缆。收缩装置例如是收缩系统的弹簧(通常位于收缩系统的壳体内)并且被配置用于在柔性线缆的第二部分上施加收缩力FR，以将柔性线缆收缩到壳体内。收缩系统的壳体通常能够在对象运动期间(例如，在对象的第一部分和第二部分的相对运动期间)存储柔性线缆的未使用长度，其中，收缩系统优选地固定至对象的第二部分。收缩系统的入口优选地是收缩系统的壳体的孔，该孔被配置用于在线缆的收缩期间使柔性线缆进入所述壳体内部，并且在柔性线缆被拉出所述壳体期间使柔性线缆离开所述壳体。更一般地说，所述入口也可以被定义为壳体内的在柔性线缆运动(即，收缩和拉出)期间与柔性线缆连续相交的任何点(下文称作入口点)，柔性线缆的数值模型的至少一个控制点相较于所述入口点具有相对运动。优选地，柔性线缆的收缩部分的长度可以在最小长度(例如零米，这将对应于柔性线缆的无收缩长度)与所述最大长度(这是通常可以存储在收缩系统的壳体中的收缩部分的最大长度)之间变化。
在步骤404处，数据处理系统根据对象信息输入、线缆信息输入和收缩系统信息输入自动地创建柔性线缆的数值模型，其中，仅对柔性线缆的外部部分进行建模，而不对收缩部分进行建模。外部部分特别地由数据处理系统自动建模为沿着柔性线缆的所述外部部分的长度分布的一系列控制点(即，收缩部分不被包括在由数据处理系统创建的数值模型中)，其中，所述外部部分是包括在入口位置(或入口点)与柔性线缆的位于收缩系统外部的末端(例如，所述第一末端)之间的柔性线缆的部分，其中，控制点中的每一个受到表示控制点与其环境的相互作用的一个或若干个力，其中，控制点中的每一个优选地受到惯性作用，其中，柔性线缆的外部部分的长度根据由收缩装置施加的用于将柔性线缆收缩到壳体内的收缩力而变化，并且可选地且附加地根据由线缆的外部部分被施加的所述外力而变化，而沿着外部部分的所述长度的控制点的数目由数据处理系统保持固定。收缩力例如由处理单元根据弹簧常数和收缩的柔性线缆的长度来计算，并且然后被施加到控制点中的至少一个。优选地，控制点沿着外部部分的长度规则地间隔开，例如，沿着线缆的长度测量的并且将两个相邻控制点分开的距离(即两个相邻控制点之间的柔性缆线长度)对于所有控制点都是相同的，但是可以根据柔性缆线的收缩而随着时间改变。控制点所允许的独立运动和柔性线缆的外部部分的可变长度构成柔性线缆的外部部分的自由度，并且优选地受到对它们的值的约束，以避免与周围对象互穿。施加到控制点的力优选地被配置用于对内应力和/或重力和/或接触力和/或内摩擦和/或与环境的摩擦和/或其他物理现象进行建模。
在步骤405处，数据处理系统自动地将柔性线缆的数值模型存储在数据处理系统的存储器中。根据上述柔性线缆的数值模型，外部部分的长度被认为是附加的自由度，而未对柔性线缆的收缩部分以及所述收缩部分与收缩系统的相互作用进行模拟。因此，用于存储数值模型并计算该数值模型的存储容量减小，从而提高了模拟的强度和速度。
在步骤406处，数据处理系统优选地自动模拟柔性线缆在对象运动期间(例如在对象的第一部分的运动期间)将发生的运动。例如，数据处理系统模拟柔性线缆的外部部分在机器人臂运动而所述机器人的主体保持固定期间的运动。在模拟期间，柔性线缆的外部部分的控制点的数目保持固定。在所述模拟期间，数据处理系统在考虑到施加到所述控制点并且优选地施加到每个控制点的力的同时，可选地和附加地考虑到施加到所述控制点上的惯性的同时，根据时间改变所述控制点中的至少一个控制点的位置。在所述模拟期间，数据处理系统可以在考虑到根据施加到柔性线缆的所述外部部分的力和对柔性线缆的所述外部部分的惯性效应而经由收缩装置施加到所述可变长度的力的同时，并且可选地在考虑到而通过柔性线缆的外部部分施加到所述可变长度的力的同时，根据时间改变柔性线缆的外部部分的可变长度的值。对于模拟本身，使用常规的已知方法，其中，沿着柔性线缆的外部部分的可变长度分布的控制点的运动的模拟被划分成小的时间步长，其中，在每个时间步长处，通过使用柔性线缆的数值模型重新计算至少一个控制点的位置的值，并且其中，针对控制点的每个重新计算的位置获得的每个新值是通过相互平衡施加到控制点的力同时优先确保不与周围对象互穿而获得的，这例如导致对外部部分的可变长度的新值进行自动计算。
如已经解释的，本发明的一个基本特征是将柔性线缆考虑为具有可变长度(即，所述柔性线缆的外部部分的长度)，并且将已知的模拟技术应用于这种具有可变长度的柔性线缆。在所有模拟时间步长中，收缩系统外部的控制点的数目保持不变，但是在模拟时间步长中每两个连续控制点之间的柔性线缆长度与柔性线缆的外部部分当前在收缩系统外部的长度成比例地变化。
为了实现本发明，处理器102、存储器108和在处理器102上运行的程序中的一个或更多个经由本地系统总线106、适配器112、网络130、服务器140、接口114、I/O总线116、磁盘控制器120、存储装置126等中的一个或更多个接收输入。如本文中所使用的，接收可以包括从存储装置126检索、从另一装置或处理接收、经由与用户的相互作用接收、或以其他方式接收。
当然，本领域的技术人员将认识到，除非由操作的序列特别地指出或要求，否则上述过程中的某些步骤可以被省略、可以被同时地或顺序地执行，或者可以以不同的顺序执行。
本领域技术人员将认识到，为了简单和清楚起见，本文中并未示出或描述适于与本公开内容一起使用的所有数据处理系统的全部结构和操作。相反，仅示出和描述了本公开内容所特有的或理解本公开内容所必需的这些数据处理系统。数据处理系统100的其余构造和操作可以符合本领域已知的各种当前实现方式和实践中的任何一种。
重要的是要注意，虽然本公开内容包括在全功能系统的背景下的描述，但是本领域技术人员将理解，本公开内容的机构的至少部分能够以包含在各种形式中的任何形式的机器可用、计算机可用或计算机可读介质内的指令的形式来布置，并且无论实际上实施该布置所使用的指令或信号承载介质或存储介质的特定类型如何，本公开内容都同等地适用。机器可用/可读或计算机可用/可读介质的示例包括：非易失性、硬编码类型的介质例如只读存储器(ROM)或电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，以及用户可记录型介质例如软盘、硬盘驱动器和光盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能盘(DVD)。
尽管已经详细描述了本公开内容的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开内容的最广泛形式的精神和范围的情况下，可以做出本文所公开的各种改变、替换、变化和改进。
本申请中的任何描述都不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的基本元件：专利主题的范围仅由允许的权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种用于通过数据处理系统执行柔性线缆的模拟的方法，其中，所述柔性线缆被配置用于与收缩系统的收缩装置相互作用，所述方法包括以下步骤：
a)接收包括对象的数值模型的对象信息输入；
b)接收线缆信息输入，所述线缆信息输入包括所述柔性线缆的长度、所述柔性线缆的第一部分到所述对象的连接位置、所述柔性线缆的第二部分到所述收缩装置的连接位置；
c)接收收缩系统信息输入，所述收缩系统信息输入包括所述收缩系统的入口相对于所述对象的位置、所述柔性线缆穿过所述入口的收缩方向以及由所述收缩装置施加在所述柔性线缆上以使所述柔性线缆收缩穿过所述入口的收缩力；
d)通过所述数据处理系统，根据所述对象信息输入、所述线缆信息输入和所述收缩系统信息输入自动地创建所述柔性线缆的数值模型，其中，所述柔性线缆被建模为仅沿着所述柔性线缆的外部部分的长度分布的一系列控制点，其中，所述外部部分是所述柔性线缆从所述收缩系统的入口在与所述收缩方向相反的方向上延伸直到所述柔性线缆的末端的部分，其中，所述控制点中的每个控制点受到表示所述控制点与所述控制点的环境相互作用的力，其中，所述柔性线缆的外部部分的长度根据由所述收缩装置施加在所述柔性线缆上以用于收缩所述柔性线缆的收缩力而变化，并且其中，沿着所述外部部分的长度的控制点的数目是固定的；
e)将所述柔性线缆的数值模型自动存储在存储器中；
f)模拟在所述对象的运动期间将发生的所述柔性线缆的运动，其中，在所述柔性线缆的所述外部部分的长度变化期间，所述外部部分的控制点的数目保持固定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象包括处于相对运动的至少两个部分，分别为第一部分和第二部分，其中，所述柔性线缆的第一部分连接至所述对象的第一部分，并且所述柔性线缆的第二部分经由所述收缩装置连接至所述对象的第二部分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述柔性线缆的第一部分是所述柔性线缆的远离所述收缩系统的第一末端，并且所述柔性线缆的第二部分是连接至所述收缩系统的收缩装置的部分。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述柔性线缆的外部部分的数值模型包括第一控制点和最后控制点，其中，所述第一控制点位于所述柔性线缆相对于所述收缩系统的最远端处，并且所述最后控制点位于所述收缩系统的入口处，其中，在所述柔性线缆的外部部分的长度变化期间，所述最后控制点相对于所述收缩系统保持在相同位置处。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述数据处理系统在所述柔性线缆的所述外部部分的长度变化期间自动地重新计算位于所述最后控制点与所述第一控制点之间的任何控制点的位置，以满足与控制点沿着所述外部部分的长度的分布有关的用户定义的约束，或者以将每对直接连续的控制点之间的柔性线缆长度保持为所述外部部分的长度的固定比例。
6.一种用于执行柔性线缆的模拟的数据处理系统，其中，所述柔性线缆被配置用于与收缩系统的收缩装置相互作用，所述数据处理系统包括：
处理器；以及
能够访问的存储器，所述数据处理系统具体地被配置成：
a)接收包括对象的数值模型的对象信息输入；
b)接收线缆信息输入，所述线缆信息输入包括所述柔性线缆的长度、所述柔性线缆的第一部分到所述对象的连接位置、所述柔性线缆的第二部分到所述收缩装置的连接位置；
c)接收收缩系统信息输入，所述收缩系统信息输入包括所述收缩系统的入口相对于所述对象的位置、所述柔性线缆穿过所述入口的收缩方向以及由所述收缩装置施加在所述柔性线缆上的收缩力；
d)根据所述对象信息输入、所述线缆信息输入和所述收缩系统信息输入自动地创建所述柔性线缆的数值模型，其中，所述柔性线缆被建模为仅沿着所述柔性线缆的外部部分的长度分布的一系列控制点，其中，所述外部部分是所述柔性线缆从所述收缩系统的入口在与所述收缩方向相反的方向上延伸直到所述柔性线缆的末端的部分，其中，所述控制点中的每个控制点受到表示所述控制点与所述控制点的环境相互作用的力，其中，所述柔性线缆的外部部分的长度根据由所述收缩装置施加在所述柔性线缆上以用于收缩所述柔性线缆的收缩力而变化，并且其中，沿着所述外部部分的长度的控制点的数目是固定的；
e)将所述柔性线缆的数值模型自动存储在所述存储器中；
f)模拟在所述对象的运动期间将发生的所述柔性线缆的运动，其中，在所述柔性线缆的所述外部部分的长度变化期间，所述外部部分的控制点的数目保持固定。
7.根据权利要求6所述的数据处理系统，其中，所述对象包括处于相对运动的至少两个部分，分别为第一部分和第二部分，其中，所述柔性线缆的第一部分连接至所述对象的第一部分，并且所述柔性线缆的第二部分经由所述收缩装置连接至所述对象的第二部分。
8.根据权利要求6或7所述的数据处理系统，其中，所述柔性线缆的第一部分是所述柔性线缆的远离所述收缩系统的第一末端，并且所述柔性线缆的第二部分是连接至所述收缩系统的收缩装置的部分。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的数据处理系统，其中，所述柔性线缆的外部部分的数值模型包括第一控制点和最后控制点，其中，所述第一控制点位于所述柔性线缆相对于所述收缩系统入口的最远端处，并且所述最后控制点位于所述收缩系统的入口处，其中，在所述柔性线缆的外部部分的长度变化期间，所述最后控制点相对于所述收缩系统保持在相同位置处。
10.根据权利要求9所述的数据处理系统，其中，所述数据处理系统被配置用于在所述柔性线缆的所述外部部分的长度变化期间自动地重新计算位于所述最后控制点与所述第一控制点之间的任何控制点的位置，以满足与控制点沿着所述外部部分的长度的分布有关的用户定义的约束，或者以将每对直接连续的控制点之间的柔性线缆长度保持为所述外部部分的长度的固定比例。
11.一种非暂态计算机可读介质，编码有可执行指令，所述可执行指令在被执行时使一个或更多个数据处理系统执行以下步骤：
a)接收包括对象的数值模型的对象信息输入；
b)接收线缆信息输入，所述线缆信息输入包括所述柔性线缆的长度、所述柔性线缆的第一部分到所述对象的连接位置、所述柔性线缆的第二部分到收缩系统的收缩装置的连接位置，所述收缩装置被配置用于与所述柔性线缆相互作用；
c)接收收缩系统信息输入，所述收缩系统信息输入包括所述收缩系统的入口耦接至所述柔性线缆的位置、所述柔性线缆穿过所述入口的收缩方向以及由所述收缩装置施加在所述柔性线缆上的收缩力；
d)根据所述对象信息输入、所述线缆信息输入和所述收缩系统信息输入自动地创建所述柔性线缆的数值模型，其中，所述柔性线缆被建模为仅沿着所述柔性线缆的外部部分的长度分布的一系列控制点，其中，所述外部部分是所述柔性线缆从所述收缩系统的入口在与所述收缩方向相反的方向上延伸直到所述柔性线缆的末端的部分，其中，所述控制点中的每个控制点受到表示所述控制点与所述控制点的环境相互作用的力，其中，所述柔性线缆的外部部分的长度根据由所述收缩装置施加在所述柔性线缆上以用于收缩所述柔性线缆的收缩力而变化，并且其中，沿着所述外部部分的长度的控制点的数目是固定的；
e)将所述柔性线缆的数值模型自动存储在存储器中；
f)模拟在所述对象的运动期间将发生的所述柔性线缆的运动，其中，在模拟期间，虽然所述柔性线缆的所述外部部分的长度可能变化，但是所述外部部分的控制点的数目保持固定。
12.根据权利要求11所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述对象包括处于相对运动的至少两个部分，分别为第一部分和第二部分，其中，所述柔性线缆的第一部分连接至所述对象的第一部分，并且所述柔性线缆的第二部分经由所述收缩装置连接至所述对象的第二部分。
13.根据权利要求11或12所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述柔性线缆的第一部分是所述柔性线缆的远离所述收缩系统的第一末端，并且所述柔性线缆的第二部分是连接至所述收缩系统的收缩装置的部分。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述柔性线缆的外部部分的数值模型包括第一控制点和最后控制点，其中，所述第一控制点位于所述柔性线缆相对于所述收缩系统入口的最远端处，并且所述最后控制点位于所述收缩系统的入口处，其中，在所述柔性线缆的外部部分的长度变化期间，所述最后控制点保持在相同位置处。
15.根据权利要求14所述的非暂态计算机可读介质，所述数据处理系统在所述柔性线缆的所述外部部分的长度变化期间自动地重新计算位于所述最后控制点与所述第一控制点之间的任何控制点的位置，以满足与控制点沿着所述外部部分的长度的分布有关的用户定义的约束，或者以将每对直接连续的控制点之间的柔性线缆长度保持为所述外部部分的长度的固定比例。
CN201880089780.8A 2018-02-20 2018-02-20 用于执行收缩线缆运动的模拟的方法和系统 Pending CN111742318A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2018/000135 WO2019162715A1 (en) 2018-02-20 2018-02-20 Method and system for performing a simulation of a retraction cable motion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111742318A true CN111742318A (zh) 2020-10-02

Family

ID=67686727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880089780.8A Pending CN111742318A (zh) 2018-02-20 2018-02-20 用于执行收缩线缆运动的模拟的方法和系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11514211B2 (zh)
EP (1) EP3756113A4 (zh)
CN (1) CN111742318A (zh)
WO (1) WO2019162715A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113468730A (zh) * 2021-06-17 2021-10-01 宁波奥克斯电气股份有限公司 一种空调三维线束长度校对方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113324861B (zh) * 2021-07-09 2023-03-14 上海电缆研究所有限公司 运动电缆试验平台
CN114722552B (zh) * 2022-06-09 2022-11-08 深圳荣耀智能机器有限公司 线缆长度验证方法及电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101727523A (zh) * 2009-12-17 2010-06-09 北京理工大学 基于物理特性的活动线缆的建模、运动仿真的方法及装置
CN101913515A (zh) * 2010-07-15 2010-12-15 上海世纤新材料科技有限公司 卷绕机采用机械和电子自动调整线绳张力的恒张力系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105184030B (zh) * 2015-11-02 2018-08-07 北京理工大学 基于弯扭复合弹簧质点模型柔性线缆位姿模拟方法及装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101727523A (zh) * 2009-12-17 2010-06-09 北京理工大学 基于物理特性的活动线缆的建模、运动仿真的方法及装置
CN101913515A (zh) * 2010-07-15 2010-12-15 上海世纤新材料科技有限公司 卷绕机采用机械和电子自动调整线绳张力的恒张力系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GONZALEZ等: "real-time simulation of cable pay-out and reel-in with towed fishing gears", <OCEAN ENGINEERING>, vol. 131, pages 295 - 307, XP029904159, DOI: 10.1016/j.oceaneng.2017.01.002 *
WANG HAITAO等: "Dynamic modeling of a hose-drogue aerial refueling system and integral sliding mode backstepping control for the hose whipping phenomenon", 《CHINESE JOURNAL OF AERONAUTICS》, vol. 27, no. 04, pages 930 - 946, XP055832415, DOI: 10.1016/j.cja.2014.06.010 *
王海涛等: "空中加油软管锥套组合体甩鞭现象动力学建模与分析", 《航空学报》, vol. 36, no. 09, pages 3116 - 3127 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113468730A (zh) * 2021-06-17 2021-10-01 宁波奥克斯电气股份有限公司 一种空调三维线束长度校对方法
CN113468730B (zh) * 2021-06-17 2024-04-26 宁波奥克斯电气股份有限公司 一种空调三维线束长度校对方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019162715A1 (en) 2019-08-29
EP3756113A4 (en) 2021-10-06
US20210056245A1 (en) 2021-02-25
EP3756113A1 (en) 2020-12-30
US11514211B2 (en) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7383162B2 (en) Harness design supporting apparatus and computer-readable recording medium recording harness design supporting program
EP2993001B1 (en) Method and apparatus for industrial robotic energy saving optimization using fly-by
EP3166081A2 (en) Method and system for positioning a virtual object in a virtual simulation environment
CN111742318A (zh) 用于执行收缩线缆运动的模拟的方法和系统
EP3643455A1 (en) Method and system for programming a cobot for a plurality of industrial cells
CN111195906B (zh) 用于预测机器人的运动轨迹的方法和系统
CN108351906B (zh) 用于具有晶格结构的部件的建模的系统和方法
JP4851372B2 (ja) 長尺柔構造物のシミュレーションシステム、シミュレーション方法、プログラム及び情報記録媒体
JP6725432B2 (ja) 配管作業経路作成装置、配管作業経路作成方法およびプログラム
JP2012208903A (ja) 布線設計方法、布線シミュレーション装置及びプログラム
Lv et al. Coordinated control of flexible cables with human-like dual manipulators
JP5792502B2 (ja) 解析装置、その方法及びそのプログラム
US20110307224A1 (en) System and Method for Machine Engine Modeling
JP5888013B2 (ja) ニューラルネットワーク設計方法、プログラム及びデジタルアナログフィッティング方法
EP3152689A1 (en) Aerospace joggle on multiple adjacent web faces with intersecting runouts
CN116018594A (zh) 用于在3d图形环境中生成cad模型的分解布局的方法和系统
JP2019101939A (ja) 流体中の繊維状物質の運動状態の解析方法及びその解析装置
CN117425911A (zh) 基于人工智能的机器人线缆模拟
Sargent et al. The Mixed-Body Model: A Method for Predicting Large Deflections in Stepped Cantilever Beams
WO2023031649A1 (en) A method and a system for enabling a user to review simulation data of an industrial environment
KR101927844B1 (ko) 보의 거동 해석 장치 및 방법
WO2023067374A1 (en) A method and a system for detecting possible collisions of objects in an industrial manufacturing environment
CN118159397A (zh) 用于检测工业制造环境中对象的可能碰撞的方法和系统
US20110307083A1 (en) System and Method for Physics-Oriented System Configuration
WO2021005403A1 (en) Method and system for converting a movement operation into a robot trajectory

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination