一种虚拟现实平台下的柔性电缆仿真分析方法与流程

本发明涉及一种柔性电缆的仿真分析方法，特别是一种虚拟现实平台下的柔性电缆仿真分析方法。

背景技术：

航天装备中电缆类产品的工作特性和可靠性一直是设计师关注的重点，在没有实物产品可参照的情况下，其设计仿真工作一直是个难点问题。由于电缆设计不合理而导致的质量问题，也一直困扰着结构和电气设计人员，据不完全统计，由电缆问题导致的飞行事故高达40％以上，电缆设计、装配的合理性直接关乎产品的可靠性。

受线芯转弯半径的限制，电缆既不是一个完全的刚体，也不是一个完整的弹性体，不能用传统的静力学或动力学仿真来解决，不仅长度设计、装配路径分析上存在很大的困难，质量问题也很难排查和定位。同时，如果仅仅依靠传统的三维模型，难以综合考虑场地、操作人员、柔性器件等因素，对产品设计合理性的把控只能依靠设计人员的经验。由于产品操作空间有限，在缺少实物参照的情况下，电缆无法在结构设计和安装工艺方面及时给出准确的设计方案，只能通过多次试错的方式进行实物操作和完善，难以保证项目研制进度。

以往的电缆类产品并不作为单独的产品进行运动仿真分析，在设计上更多地依赖设计师的经验，很难保证一次设计成功率和产品质量。目前虚拟现实平台具备电缆柔性化建模和处理功能，能够有效支撑柔性电缆的仿真分析工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种虚拟现实平台下的柔性电缆仿真分析方法，解决目前电缆设计采用刚性建模的方法时敷设和安装多凭借设计师的经验的问题。

一种虚拟现实平台下的柔性电缆仿真分析方法，其具体步骤为：

第一步搭建柔性电缆仿真分析系统

柔性电缆仿真分析系统包括：电气设计模块、结构设计模块、柔性电缆设置模块、运动仿真分析模块；其中，电气设计模块用于电气设计，具体包括电缆节点、接口、连接关系的定义；结构设计模块用于创建电缆三维结构模型；柔性电缆设置模块用于创建柔性电缆模型，设置柔性电缆属性；运动仿真分析模块用于柔性电缆的运动分析；

第二步电气设计模块进行电气设计

电气设计模块对电缆节点、接口、连接关系进行定义，并将结果以中性逻辑文件的形式输出，用于电缆三维结构模型设计；

第三步结构设计模块设计电缆三维结构模型

结构设计模块将电缆的逻辑关系转化为电缆出线端定义，通过设置电缆走向、固定位置，完成电缆三维结构模型设计；

第四步柔性电缆设置模块创建柔性电缆模型

柔性电缆设置模块将电缆及其连接设备的三维模型一并导入到柔性电缆设置模块中，采用坐标系定位，以保证仿真模型与设计模型相对位置关系的统一；同时，采用柔性电缆仿真模块，依据电缆三维模型的走向、位置关系，重新创建柔性电缆模型，采用沿电缆结构模型逐段载入柔性线缆重新生成的方式；

第五步柔性电缆设置模块设置柔性电缆属性

柔性电缆设置模块按电缆实际的物理属性，设定第四步中创建柔性电缆的最小转弯半径、弹性模量、线缆直径、长度信息，并记录于待仿真应用的电缆属性库；

第六步运动仿真分析模块设置运动仿真边界条件

运动仿真分析模块建立电缆与设备的连接、随动关系，将电缆端头直接绑定在随动设备的出线端，通过装配或运动路径的设置限定设备及电缆的运动关系；返回柔性电缆仿真模块，开启最小弯曲半径、最大拉伸长度、模型干涉的仿真分析项；

第七步运动仿真分析模块进行柔性电缆运动仿真

运动仿真分析模块通过设备运动仿真，分析并记录随动柔性电缆的运动包络，并对干涉位置、长度过大、转弯过小的问题进行记录；

第八步柔性电缆设置模块进行电缆布线优化

柔性电缆仿真模块开启最小弯曲半径、最大拉伸长度、模型干涉的运动截止功能，返回运动仿真分析模块，进行多次运动仿真分析，步骤同第七步，在所有仿真条件满足的基础上，记录电缆运动最小包络的位置、长度信息，形成布线的优化方案；

第九步运动仿真分析模块进行环境因素影响分析

运动仿真分析模块加入人员、场地、设备、工装的因素，综合考察空间、工具匹配性的设计合理性；

第十步输出仿真结果与文件记录

应用运动仿真分析模块的输出功能，将最终方案的电缆装配过程以视频的方式输出，作为仿真结果记录，同时可用于指导总装生产。

本方法实现了虚拟现实平台下的柔性电缆仿真分析方法，解决了电缆设计和柔性仿真的问题，可以有效的实现电缆长度和装配设计，预计此项技术成果有良好的产业化前景。

附图说明

图1一种虚拟现实平台下的柔性电缆仿真分析方法流程图。

具体实施方式

实施例1

一种虚拟现实平台下的柔性电缆仿真分析方法，产品涉及电缆装配、运动时，刚性的cad设计模型已不能满足仿真分析需求，虚拟现实技术可以基于现有的装配工艺分析方法，针对电缆网的特点进行柔性建模。通过电缆分析仿真平台，建立电缆网装配空间的分析规则，并据此开展动态仿真，对弹上电缆的装配方法、装配顺序和装配过程进行分析，从而更快速地定位并解决问题。比如，在开展机构类产品的运动副线缆仿真时，可采用以下步骤实施：

第一步搭建柔性电缆仿真分析系统

搭建包括电气设计模块、结构设计模块、柔性电缆设置模块、运动仿真分析模块等在内的柔性电缆仿真分析系统。其中，电气设计模块用于电气设计，具体包括电缆节点、接口、连接关系的定义；结构设计模块用于创建电缆三维结构模型；柔性电缆设置模块用于创建柔性电缆模型，设置柔性电缆属性；运动仿真分析模块用于柔性电缆的运动分析。

第二步电气设计模块进行电气设计

根据机构运动副上电缆的连接关系，通过电气设计模块对电缆节点、接口、连接关系进行定义，并将结果以中性逻辑文件的形式输出，用于电缆三维结构模型设计。

第三步结构设计模块设计电缆三维结构模型

在机构运动副结构设计模型基础上，新建电缆装配组件，通过结构设计模块将电缆的逻辑关系转化为电缆出线端定义，按照运动副上面绑扎点位置、活动件范围，设置电缆走向、固定位置、分支设计等，完成电缆三维结构模型设计。

第四步柔性电缆设置模块创建柔性电缆模型

柔性电缆设置模块将运动副及其电缆的三维模型一并导入到柔性电缆设置模块中，应采用坐标系装配关系，以保证仿真模型与设计模型位置关系的统一。同时，应用柔性电缆仿真模块，采用沿电缆结构模型逐段载入柔性线缆重新生成的方式，将运动副中所有涉及仿真分析的电缆进行柔性化重构。

第五步柔性电缆设置模块设置柔性电缆属性

柔性电缆设置模块按运动副中不同电缆的实际物理属性，分别设定最小转弯半径、弹性模量、线缆直径、长度信息，并进行特征重命名，比如，ab_05_20，表示连接a、b两个设备的电缆，直径为5mm，最小转弯半径为20mm，以区分不同物理特征的柔性电缆，并记录于运动副仿真的电缆属性库。

第六步运动仿真分析模块设置运动仿真边界条件

运动仿真分析模块建立运动副与不同电缆的连接、随动关系，将电缆端头直接绑定在运动机构的出线端，通过装配或运动路径的设置限定设备及电缆的运动关系。返回柔性电缆仿真模块，开启最小弯曲半径、最大拉伸长度、模型干涉的仿真分析项。

第七步运动仿真分析模块进行柔性电缆运动仿真

运动仿真分析模块通过运动副的运动仿真，按照机构运动设定轨迹，进行机构运动部件的运动仿真，记录其中柔性电缆的随动行为和扫掠区域，并对干涉位置、长度过大、转弯过小的问题进行记录。

第八步柔性电缆仿真模块进行电缆布线优化

柔性电缆设置模块开启最小弯曲半径、最大拉伸长度、模型干涉的运动截止功能，返回运动仿真分析模块，进行多次运动仿真分析，步骤同第七步，当不满足运动机构的设计或使用需求时，进行电缆长度和绑扎位置调整，并重复仿真步骤。直到满足设计需求后，确定电缆最优敷设方式和合理长度，记录调整后的方案。

第九步运动仿真分析模块进行环境因素影响分析

运动仿真分析模块在完成运动机构单机仿真通过后，加入人员、场地、工具等外界因素，重复第七步仿真、第八步优化步骤，若满足设计和使用需求，则记录最终优化方案，若不满足，则再次调整电缆长度和敷设方式，重复以上过程。

第十步输出仿真结果与文件记录

应用运动仿真分析模块的输出功能，当运动机构的综合场景仿真分析通过后，将最终方案的电缆运动过程以视频的方式输出，作为仿真结果记录。

实施例2

柔性电缆仿真分析系统包括：电气设计模块、结构设计模块、柔性电缆设置模块、运动仿真分析模块。其中，电气设计模块用于电缆节点、接口、连接关系的定义；结构设计模块用于创建电缆的三维结构刚性模型；柔性电缆设置模块用于创建柔性电缆模型，设置柔性电缆属性；运动仿真分析模块用于柔性电缆的运动分析。