算子模块，用于根据所述速 度和初始位置计算得到所述其他离散质点在预定时间的位置；
[0265] 第二处理子模块，用于对处于预定时间位置的所述其他离散质点进行受力分析， 判断每个所述其他离散质点是否达到了平衡状态；若是，则将此刻预定时间的位置作为所 述其他离散质点的位置信息；若否，则返回所述根据所述物理特性模型计算所述柔性线缆 上未确定位置信息的其他离散质点的受力信息的操作。
[0266] 详细的，所述第四处理模块包括：拟合子模块，用于根据所述定点的位置信息以及 其他离散质点的位置信息进行三次贝塞尔曲线拟合，得到所述柔性线缆的位姿曲线；第三 处理子模块，用于根据所述柔性线缆的位姿曲线以及半径信息模拟出所述柔性线缆的稳定 位姿。
[0267] 其中，上述柔性线缆位姿模拟方法的所述实现实施例均适用于该柔性线缆位姿模 拟装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。
[0268] 需要说明的是，此说明书中所描述的许多功能部件都被称为模块/子模块，以便 更加特别地强调其实现方式的独立性。
[0269] 本发明实施例中，模块/子模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。 举例来说，一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑 块，举例来说，其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此，所标识模块的可执行代码无需 物理地位于一起，而是可以包括存储在不同位里上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合 在一起时，其构成模块并且实现该模块的规定目的。
[0270] 实际上，可执行代码模块可以是单条指令或者是许多条指令，并且甚至可以分布 在多个不同的代码段上，分布在不同程序当中，以及跨越多个存储器设备分布。同样地，操 作数据可以在模块内被识别，并且可以依照任何适当的形式实现并且被组织在任何适当类 型的数据结构内。所述操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同位置上 (包括在不同存储设备上），并且至少部分地可以仅作为电子信号存在于系统或网络上。
[0271] 在模块可以利用软件实现时，考虑到现有硬件工艺的水平，所以可以以软件实现 的模块，在不考虑成本的情况下，本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应 的功能，所述硬件电路包括常规的超大规模集成（VLSI)电路或者门阵列以及诸如逻辑芯 片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备，诸如 现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。
[0272] 以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来 说，在不脱离本发明所述原理前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视 为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于弯扭复合弹簧质点模型的柔性线缆位姿模拟方法，其特征在于，包括： 以多个离散质点组合排列表示柔性线缆，建立所述柔性线缆的物理特性模型，所述柔 性线缆的物理特性模型中，所述柔性线缆的抗拉特性用所述柔性线缆上的相邻两离散质点 之间的线性弹簧来描述，所述柔性线缆的抗弯特性用附加在每个所述离散质点处的弯曲弹 簧来描述，所述柔性线缆的抗扭特性用附加在所述柔性线缆的每个线缆段处的扭曲弹簧来 描述； 根据所述柔性线缆的总长以及线缆段数处理得到每个离散质点的初始位置； 将所述柔性线缆两端的离散质点确定为定点，获取所述定点的位置信息； 根据所述物理特性模型计算所述柔性线缆上未确定位置信息的其他离散质点的受力 信息； 利用得到的受力信息和初始位置，顺次计算未确定位置信息的所述其他离散质点的平 衡位置，得到所述其他离散质点的位置信息； 根据所述柔性线缆上所述定点的位置信息以及其他离散质点的位置信息模拟出所述 柔性线缆的稳定位姿。2. 如权利要求1所述的柔性线缆位姿模拟方法，其特征在于，在所述将所述柔性线缆 两端的离散质点确定为定点之前，所述柔性线缆位姿模拟方法还包括： 判断所述柔性线缆的两端是否连接了电连接器； 若是，则获取所述定点的位置信息，并计算所述柔性线缆上与所述定点相邻的两个离 散质点的位置信息； 对应的，所述根据所述物理特性模型计算所述柔性线缆上未确定位置信息的其他离散 质点的受力信息的步骤为： 根据所述物理特性模型计算除所述定点以及与所述定点相连的两个离散质点外的其 他离散质点的受力信息； 若否，则只将所述柔性线缆两端的离散质点确定为定点，并获取所述定点的位置信 息； 对应的，所述根据所述物理特性模型计算所述柔性线缆上未确定位置信息的其他离散 质点的受力信息的步骤为： 根据所述物理特性模型计算除所述定点外的其他离散质点的受力信息。3. 如权利要求2所述的柔性线缆位姿模拟方法，其特征在于，所述计算所述柔性线缆 上与所述定点相邻的两个离散质点的位置信息的步骤包括： 设定与所述定点相邻的两个离散质点分别位于一所述定点的切线方向，进而计算得到 所述柔性线缆上与所述定点相邻的两个离散质点的位置信息。4. 如权利要求1所述的柔性线缆位姿模拟方法，其特征在于，在所述根据所述物理特 性模型计算所述柔性线缆上未确定位置信息的其他离散质点的受力信息之前，所述柔性线 缆位姿模拟方法还包括： 判断除所述定点外的其他离散质点中是否有被操作点； 若是，则根据相应操作工具的位置信息得到被操作点的位置信息，再执行所述根据 所述物理特性模型计算所述柔性线缆上未确定位置信息的其他离散质点的受力信息的步 骤； 若否，则直接执行所述根据所述物理特性模型计算所述柔性线缆上未确定位置信息的 其他离散质点的受力信息的步骤。5. 如权利要求1所述的柔性线缆位姿模拟方法，其特征在于，所述根据所述物理特性 模型计算所述柔性线缆上未确定位置信息的其他离散质点的受力信息的步骤包括： 计算所述其他离散质点受到的重力、拉力、弯曲力和扭曲力； 其中，计算所述其他离散质点受到的扭曲力的步骤包括： 分析得到所述其他离散质点中的质点i会受到附加在线缆段i-Ι和i+2上的两个扭曲 弹簧对它产生的扭曲力和; 获取线缆段i-1和i+2分别对质点i产生的分扭曲力； 将得到的所述分扭曲力和进行求和得到所述质点i受到的扭曲力C。6. 如权利要求5所述的柔性线缆位姿模拟方法，其特征在于，所述获取线缆段i-Ι和 i+2分别对质点i产生的分扭曲力^的步骤，采用如下计算公式： Fqii= k tX (q； Z-Qi i) Xsin( JT -β i i) X [UiXui !/sin ( π - β ； i)]； Fqi2= k tX (qi+2-qi+1) Xsin( π -β i+1) X [ui+2Xui+1/sin ( π - β i+1)]； 其中，An为线缆段i_l对质点i产生的分扭曲力； 为线缆段i+2对质点i产生的分扭曲力； P为扭曲弹簧的弹性系数； Q1 2、Q1 η q1+1和q 1+2分别为质点i-2、i_l、i+Ι和i+2处的扭转角度； β i i指第i-Ι个线缆段与第i个线缆段之间的夹角； β 1+1指第i+Ι个线缆段与第i+2个线缆段之间的夹角； UiXui !/sinl； JT-β ; D 和 ui+2Xui+1/sin( JT-β i+1)分别为扭曲力仏,和.為,::2 的单位方向 矢量； Ui r Up ui+1和u i+2分别为由质点i-2指向质点i-Ι的单位向量、由质点i-Ι指向质点 i的单位向量、由质点i指向质点i+Ι的单位向量和由质点i+Ι指向质点i+2的单位向量。7. 如权利要求1所述的柔性线缆位姿模拟方法，其特征在于，在所述利用得到的受力 信息和初始位置，顺次计算未确定位置信息的所述其他离散质点的平衡位置，得到所述其 他离散质点的位置信息之前，所述柔性线缆位姿模拟方法还包括： 对所述柔性线缆进行碰撞检测和响应； 根据所述碰撞检测和响应对所述受力信息进行修改。8. 如权利要求7所述的柔性线缆位姿模拟方法，其特征在于，所述根据所述碰撞检测 和响应对所述受力信息进行修改的步骤包括： 在所述受力信息中增加一个沿着碰撞法向方向的支撑力并且其中，G1代表离散质点i受到的重力； Ks代表离散质点i受到的拉力； if代表离散质点i受到的弯曲力； 代表离散质点i受到的扭曲力； η代表离散质点i的碰撞法向。9. 如权利要求1所述的柔性线缆位姿模拟方法，其特征在于，所述利用得到的受力信 息和初始位置，顺次计算未确定位置信息的所述其他离散质点的平衡位置，得到所述其他 离散质点的位置信息的步骤包括： 根据所述受力信息计算得到所述其他离散质点的加速度； 根据初始速度和所述加速度计算得到所述其他离散质点在预定时间的速度； 根据所述速度和初始位置计算得到所述其他离散质点在预定时间的位置； 对处于预定时间位置的所述其他离散质点进行受力分析，判断每个所述其他离散质点 是否达到了平衡状态； 若是，则将此刻预定时间的位置作为所述其他离散质点的位置信息； 若否，则返回所述根据所述物理特性模型计算所述柔性线缆上未确定位置信息的其他 离散质点的受力信息的步骤。10. 如权利要求1所述的柔性线缆位姿模拟方法，其特征在于，所述根据所述柔性线缆 上所述定点的位置信息以及其他离散质点的位置信息模拟出所述柔性线缆的稳定位姿的 步骤包括： 根据所述定点的位置信息以及其他离散质点的位置信息进行三次贝塞尔曲线拟合，得 到所述柔性线缆的位姿曲线； 根据所述柔性线缆的位姿曲线以及半径信息模拟出所述柔性线缆的稳定位姿。11. 一种基于弯扭复合弹簧质点模型的柔性线缆位姿模拟装置，其特征在于，包括： 建立模块，用于以多个离散质点组合排列表示柔性线缆，建立所述柔性线缆的物理特 性模型，所述柔性线缆的物理特性模型中，所述柔性线缆的抗拉特性用所述柔性线缆上的 相邻两离散质点之间的线性弹簧来描述，所述柔性线缆的抗弯特性用附加在每个所述离散 质点处的弯曲弹簧来描述，所述柔性线缆的抗扭特性用附加在所述柔性线缆的每个线缆段 处的扭曲弹簧来描述； 第一处理模块，用于根据所述柔性线缆的总长以及线缆段数处理得到每个离散质点的 初始位置； 第二处理模块，用于将所述柔性线缆两端的离散质点确定为定点，获取所述定点的位 置信息； 第三处理模块，用于根据所述物理特性模型计算所述柔性线缆上未确定位置信息的其 他离散质点的受力信息； 计算模块，用于利用得到的受力信息和初始位置，顺次计算未确定位置信息的所述其 他离散质点的平衡位置，得到所述其他离散质点的位置信息； 第四处理模块，用于根据所述柔性线缆上所述定点的位置信息以及其他离散质点的位 置信息模拟出所述柔性线缆的稳定位姿。
【专利摘要】本发明提供了一种基于弯扭复合弹簧质点模型的柔性线缆位姿模拟方法及装置，方法包括：建立柔性线缆的物理特性模型，柔性线缆的抗扭特性用附加在柔性线缆的每个线缆段处的扭曲弹簧描述；根据柔性线缆总长和线缆段数得到每个离散质点的初始位置；将柔性线缆两端的离散质点确定为定点，获取定点的位置信息；根据物理特性模型计算柔性线缆上未确定位置信息的其他离散质点的受力信息；利用受力信息和初始位置，顺次计算其他离散质点的平衡位置，得到其他离散质点的位置信息；根据柔性线缆上定点的位置信息以及其他离散质点的位置信息模拟出柔性线缆的稳定位姿。本方案使得柔性线缆的仿真效果更加真实，在一定程度上保证了柔性线缆装配过程中的可靠性。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105184030
【申请号】CN201510732135
【发明人】刘检华, 吕乃静, 丁晓宇, 刘少丽, 刘佳顺, 林海立, 马江涛
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年11月2日