[發明專利]用于執行收縮線纜運動的模擬的方法和系統

在審

• 申請號: 201880089780.8
• 申請日: 2018-02-20
• 公開（公告）號: CN111742318A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 紀堯姆·吉尼烏;伯努瓦·米歇爾;皮埃爾·拉吉耶
• 申請（專利權）人: 西門子工業軟件有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00;G06T17/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 高巖;楊林森

用于在附接至柔性收縮線纜的對象的運動期間模擬該柔性收縮線纜的系統和方法，其中，該方法包括接收包括對象的數值模型的信息輸入、接收線纜信息輸入和收縮系統信息輸入，該方法包括通過僅將柔性線纜的位于收縮系統外部的一部分建模為沿著所述部分的長度分布的一系列控制點來創建柔性線纜的數值模型，其中，控制點中的每個控制點受到表示控制點與其環境相互作用的力，并且其中，控制點的數目是固定的，該方法還包括將柔性線纜的數值模型存儲在存儲器中并且模擬在對象運動期間將發生的柔性線纜的運動。

技術領域

本公開內容總體上涉及計算機輔助設計、可視化和制造(“CAD”)系統、產品生命周期管理(“PLM”)系統、產品數據管理(“PDM”)系統以及管理產品和其他項的數據的類似系統(統稱為“產品數據管理”系統或PDM系統)。更具體地，本公開內容涉及生產環境模擬。

背景技術

在工業過程的規劃中，使用計算機模擬技術，其中通過虛擬模擬環境的虛擬場景來對物理環境的物理場景進行建模。物理或真實場景可以例如是設施、制造廠、工業場景、或可以受益于出于工業模擬目的而在虛擬環境中建模的任何其他物理場景。

真實場景可以包括與制造廠有關的各種真實對象。真實對象的示例包括但不限于設備件、工具、容器、機器人、材料件、成品或半成品以及真實場景中存在的其他對象。真實對象在虛擬模擬環境中由虛擬對象表示。虛擬對象通常通過三維(3D)虛擬模型來定義，三維虛擬模型的示例包括但不限于CAD模型、類似CAD的模型、點云模型和其他類型的3D計算機模型。

在真實場景中，真實對象由位置、取向、應變和應力來表征，所述位置、取向、應變和應力可以隨著真實對象在真實場景內移動或重新定位而改變/移動。當在虛擬模擬環境中對工業設施進行建模時，通常常見的要求是虛擬場景中虛擬對象的位置、取向、應變和應力準確地反映真實場景中真實對象的位置、取向、應變和應力。

例如，用于制造過程的機器人可能具有隨時間重復的復雜運動行為。特別地，柔性機器人線纜在運動期間承受可變和重復的應力和應變，包括彎曲和扭轉力、與周圍環境的重復接觸，這可能導致線纜故障，并且因此導致制造停機時間。隨著時間推移以及在柔性線纜所附接至的機器人的特定環境下對柔性線纜行為的正確模擬確保了以降低的長期部署成本來開發更高質量的機器人解決方案。

各種解決方案已經能夠模擬用于機器人的柔性線纜運動。典型的示例是由Siemens PLM軟件開發的Kineo柔性線纜軟件。現有解決方案使用基于物理的求解器來實時模擬機器人的多個線纜。完全集成的接觸和碰撞檢測確保線纜在機器人的虛擬環境中遵守無碰撞運動。應力和應變計算使得能夠預測線纜張力、屈曲和扭轉，同時可以自動考慮重力、線纜慣性和幾何非線性的影響。

然而，沒有解決方案完全地解決柔性收縮線纜的問題。

柔性收縮線纜是通常借助于一個或若干夾持裝置以一定自由度安裝在機器人上的線纜，該夾持裝置將線纜的一個或若干點或部分固定到機器人結構并且另外與機器人的收縮系統協作，機器人的收縮系統的任務是在機器人的運動期間或在機器人的第一部分相對于機器人的第二部分的運動期間使盡可能多的線纜長度收縮在收縮系統的殼體內。這使得機器人能夠在不需要附加線纜長度的運動期間將線纜的一些未使用的長度存儲在收縮系統的殼體內部。因此減小了柔性收縮線纜在其環境中的運動幅度，避免了例如柔性收縮線纜與周圍環境之間的有害接觸。

由于同與這樣的收縮系統協作的柔性收縮線纜運動相關的物理復雜性，已知目前沒有合適的解決方案。

因此，本發明的目的是提出一種能夠有效地模擬與收縮系統協作的柔性線纜的運動的解決方案，其中，柔性線纜和收縮系統被配置成安裝在機器人上，其中，減少了模擬所需的計算時間和存儲空間。

發明內容