用于制造资源仿真的虚拟化缆线建模制造技术

各实施例通过创建包括点集合的缆线的多段线模型来对包括缆线的制造资源进行仿真。对于每个点，具有相关联的点质量和零质量球体，以及在点和相邻点之间分配的弹性和扭转刚度。基于制造资源在三维(3D)空间中的位置来定义点的起点和终点的位置和定向。进而通过使用以下项计算每个点上的力来在时间步长上对缆线执行仿真：(i)相关联的点质量，(ii)相关联的零质量球体，(iii)在点和相邻点之间分配的弹性和扭转刚度，以及(iv)所定义的起点和终点的位置和定向。执行所述仿真基于计算得到的力确定每个点在三维空间中的位置。每个点在三维空间中的位置。每个点在三维空间中的位置。

【技术实现步骤摘要】
用于制造资源仿真的虚拟化缆线建模


[0001]本专利技术的实施例总体上涉及计算机程序和系统的领域，具体涉及以下领域：计算机辅助设计(CAD)；计算机辅助工程(CAE)；三维(3D)计算机图形建模和仿真；以及对制造过程和诸如工业机器人之类的制造资源的建模、仿真、分析、使用规划、编程和优化。

技术介绍

[0002]市场上提供了许多系统和程序，以用于设计和仿真零件、零件的组件以及系统。这些系统和程序例如为CAD程序，其允许用户构建和操纵对象、对象的组件以及系统的复杂三维模型。CAD程序使用边或线、在某些情况下使用面来提供对建模对象和系统的代表(representation)。线、边、面或多边形可以用各种方式表示，例如非均匀有理基线(NURBS)。
[0003]CAD系统管理建模对象的零件或零件的组件，其主要是几何形状的规格。具体而言，CAD文件包含规格，根据这些规格生成几何图形。根据几何图形中生成代表。规格、几何形状和代表可以被存储在单个CAD文件或多个CAD文件中。CAD系统包括用于向设计者表达建模对象的图形工具；这些工具专用于显示复杂的对象。例如，组件可以包含成数以千计的零件。
[0004]CAD和CAE系统的出现允许对象的广泛代表可能性，诸如CAD模型和有限元模型(FEM)，以及其它示例。FEM或其它这种CAD或CAE模型(通常被称为基于计算机的模型)能够以这种方式进行编程，其使得基于计算机的模型具有其所代表的一个或多个底层对象的属性。当基于计算机的模型被以这种方式编程时，其可被用于对模型所代表的对象进行仿真。例如，FEM可以用来代表运载工具的内部腔体、结构周围的声学流体、以及任何数量的真实世界对象和系统。当给定的模型代表对象并被相应地编程时，其可被用于对真实世界的对象本身以及真实世界的对象与其它对象之间的相互作用进行仿真。例如，代表支架的FEM可用于仿真支架在真实医疗环境中的使用。
[0005]此外，基于计算机的模型可用于改进模型所代表的对象和诸如制造方法之类的过程的设计。这些改进可以通过使用诸如优化技术之类的仿真技术来确定，所述仿真技术使用诸如FEM模型之类的基于计算机的模型运行一系列仿真，以便确定对基于该计算机的模型所代表的对象或过程的设计的改变。

技术实现思路

[0006]基于计算机的三维(3D)模型(即，计算机图形)仿真方法和技术可应用于制造工作单元和过程，以对制造过程进行仿真。来自仿真的诸如所确定的程序和方案之类的结果可以被下载并应用于工厂车间的诸如工业机器人之类的制造资源，以驱动制造资源。作为这个过程的一部分，制造工作单元(其可以包括机器、夹具和工件等元件)的虚拟三维计算机模型(基于计算机的模型)被仿真，以验证该过程并识别任何问题，如可及性、碰撞和周期时间。计算机仿真还能确保离线程序的正确操作，即针对制造资源确定的操作，这些程序将被
下载到工厂中的诸如工业机器人之类的制造资源。在这种仿真期间，除了机器人和机器的运动学运动外，还需要对被附连到这些制造资源的柔性缆线进行仿真。例如，这些缆线可以代表容纳电动和气动连接束的柔性管状软管，所述电动和气动连接束将电力和控制信号传输到被附连到移动的制造资源的诸如电焊枪之类的末端执行器。需要在机器人和机器的运动学背景下对这种柔性缆线进行仿真，以预测在制造期间由于柔性缆线与机器或工作单元夹具的缠绕或卡住而可能出现的任何问题。
[0007]尽管存在用于对这些缆线进行仿真的方法，但是现有的方法是不充分的，需要用于仿真包括缆线的制造资源的改进方法。本专利技术的实施例提供了用于对包括缆线的制造资源进行建模和仿真的改进方法和系统。此外，本专利技术的实施例还可用于根据仿真结果控制真实世界的对象，例如机器人。在实施例中，缆线可以是单根缆线；缆线的集合，即缆线束；柔性缆索，以及一般来说，诸如制造资源之类的对象上的诸如连接线之类的任何连接。
[0008]一个这种示例性实施例提供了一种计算机实现的方法，用于对具有缆线的制造资源进行仿真。这种实施例在计算机存储器中创建了缆线的多段线模型。所创建的模型包括代表缆线的点集合。对于点集合中的每个点，点质量与该点相关联，零质量球体与该点相关联，并且在该点和任何相邻的(一个或多个)点之间分配弹性和扭转刚度。接着，基于制造资源在时间步长结束时在三维空间的位置来定义代表缆线的点集合的起点和终点的位置和定向。通过这种方式，缆线与制造资源本身之间的关系，即附连点，被设定(定义)。进而在该时间步长对缆线进行仿真。执行仿真包括使用以下项计算点集合的每个点上的力：(i)相关联的点质量，(ii)相关联的零质量球体，(iii)在点与相邻点之间分配的弹性和扭转刚度，以及(iv)所定义的点集合的起点和终点的位置和定向。执行仿真还基于计算得到的力确定代表缆线的点集合中的每个点(尤其是每个其它的点)在时间步长结束时在三维空间中的位置。
[0009]实施例接收指示以下中的至少一项的用户输入：缆线长度、缆线端点、代表缆线的点的数量、缆线密度、缆线的刚度、缆线的初始形状、以及缆线直径。这种实施例可以基于接收到的用户输入创建缆线的多段线模型。例如，在一个实施例中，与每个点相关联的点质量基于接收到的指示缆线密度的用户输入。在另一个示例性实施例中，与每个点相关联的零质量球体基于接收到的指示缆线直径的用户输入。例如，球体的直径可以被设定为缆线由用户提供或以其它方式指定的直径。
[0010]根据实施例，计算得到的力包括以下中的至少一项：每个点上的重力、每个点上的弹力、每个点上的扭转等效力对、以及每个点处的每个零质量球体与诸如在制造资源和缆线环境中的对象之类的障碍物之间的碰撞力。本专利技术的实施例是基于计算得到的力确定代表点集合中的每个点在时间步长结束时在三维空间中的位置。根据实施例，基于通过对由每个点上的计算得到的力的合力所导致的加速度和速度进行积分以确定每个点在时间步长结束时在三维空间中的位置来确定位置。
[0011]本专利技术的另一示例性实施例确定了制造资源在时间步长结束时在三维空间中的位置(该位置用于定义起点和终点的位置和定向)。根据实施例，制造资源在时间步长结束时在三维空间中的位置是通过使用以下中的至少一项来对制造资源进行仿真来确定：制造资源的模型、制造资源的运动学、制造资源的运动规划、以及制造资源的操作环境中的一个或多个障碍物的运动。另一个示例性实施例将外部重力加速度与点集合中的每个点质量相
关联。
[0012]又一个实施例在下一个时间步长上对缆线进行仿真。根据实施例，在下一个时间步长上对缆线执行仿真包括更新多段线模型以及使用更新的多段线模型在下一个时间步长上对缆线执行仿真。在实施例中，这种功能包括计算在下一个时间步长上点集合中的每个点上的力。在实施例中，在下一个时间步长上使用以下项计算力：(a)相关联的点质量，(b)相关联的零质量球体，(c)在点和相邻点之间分配的弹性和扭转刚度，(d)更新的多段线模型。此外，，在下一个时间步长上对缆线执行仿真还包括基于使用更新的多段线模型计算得到的力确定代表缆线的点集合中的每个点在下一个时间步长结束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算机实现的方法，用于对包括缆线的制造资源进行仿真，所述方法包括：在计算机存储器中创建缆线的多段线模型，所创建的模型包括代表所述缆线的点集合；对于所述点集合中的每个点：将点质量与所述点相关联；将零质量球体与所述点相关联；以及在所述点与相邻点之间分配弹性和扭转刚度；基于制造资源在时间步长结束时在三维空间中的位置定义代表所述缆线的所述点集合的起点和终点的位置和定向；以及通过以下方式在所述时间步长上对所述缆线执行仿真：使用以下项计算所述点集合中的每个点上的力：(i)相关联的所述点质量，(ii)相关联的所述零质量球体，(iii)在所述点与相邻点之间分配的所述弹性和扭转刚度，以及(iv)所定义的所述点集合的起点和终点的位置和定向；以及基于计算得到的力确定代表所述缆线的所述点集合中的每个点在所述时间步长结束时在三维空间中的位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：接收指示以下中的至少一项的用户输入：缆线长度、缆线端点、代表所述缆线的点的数量、缆线密度、所述缆线的刚度、所述缆线的初始形状、以及缆线直径。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于接收到的用户输入创建所述缆线的多段线模型。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，与每个点相关联的所述点质量基于接收到的指示缆线密度的用户输入。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，与每个点相关联的所述零质量球体基于接收到的指示缆线直径的用户输入。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算得到的力包括以下中的至少一项：每个点上的重力、每个点上的弹力、每个点上的扭转等效力对、以及每个点处的每个零质量球体与障碍物之间的碰撞力。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述计算得到的力确定代表所述缆线的所述点集合中的每个点在所述时间步长结束时在三维空间中的位置包括：对由每个点上的所述计算得到的力的合力所导致的加速度和速度进行积分，以确定每个点在所述时间步长结束时在三维空间中的位置。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过以下方式确定所述制造资源在所述时间步长结束时在三维空间中的位置：使用以下中的至少一项来对所述制造资源进行仿真：所述制造资源的模型、所述制造资源的运动学、对所述制造资源的运动规划、以及所述制造资源的操作环境中的一个或多个障碍物的运动。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述制造资源的模型代表所述制造资源以及所述制造资源在其中操作的工作单元环境。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将外部重力加速度与所述点集合中的每个点质量相关联。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在下一个时间步上对所述缆线进行仿真。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在下一个时间步长上对所述缆线进行仿真包括：更新所述多段线模型；以及通过以下方式在所述下一个时间步长上对所述缆线执行仿真：使用以下项计算在所述下一个时间步长上所述点集合中的每个点上的力：(a)相关联的所述点质量，(b)相关联的所述零质量球体，(c)在所述点与相邻点之间分配的所述弹性和扭转刚度，(d)更新的所述多段线模型；以及基于使用更新的所述多段线模型计算得到的力确定代表所述缆线的所述点集合中的每个点在所述下一个时间步长结束时在三维空间中的位置。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，更新所述多段线模型包括以下中的至少一项：基于所确定的所述点集合中的每个点在所述时间步长结束时在三维空间中的位置来更新每个点的位置；基于所述制造资源在所述下一个时间步长结束时在三维空间中的位置来更新代表所述缆线的所述点集合的所述起点和所述终点的位置和定向。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过以下方式确定所述制造资源在所述下一个时间步长结束时在三维空间中的位置：使用以下中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：U，
申请(专利权)人：达索系统美国公司，
类型：发明
国别省市：