[发明专利]用于执行收缩线缆运动的模拟的方法和系统

说明书

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