用于执行收缩线缆运动的模拟的方法和系统技术方案

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于执行收缩线缆运动的模拟的方法和系统
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。
技术介绍
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SiemensPLM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，本专利技术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。
技术实现思路
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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/na)接收包括对象的数值模型的对象信息输入；/nb)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；/nc)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；/nd)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；/ne)将所述柔性线缆的数值模型自动存储在存储器中；/nf)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。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】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...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪尧姆·吉尼乌，伯努瓦·米歇尔，皮埃尔·拉吉耶，
申请(专利权)人：西门子工业软件有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US