[發(fā)明專利]一種數(shù)字化柔性電纜設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010057590.7
• 申請(qǐng)日: 2020-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN111310401B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 度紅望;王澤怡;呂昊;熊偉;王海濤;孫長(zhǎng)樂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/39
• 分類號(hào): G06F30/39;G06F113/16;G06F119/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種數(shù)字化柔性電纜設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括：

確定電纜布線和綁扎固定的位置并將其作為電纜長(zhǎng)度設(shè)計(jì)中的離散輸入點(diǎn)，基于參數(shù)三次插值樣條曲線的分段擬合方法，依次構(gòu)建相鄰離散點(diǎn)間的樣條曲線方程，結(jié)合自由端邊界條件建立切矢量線性方程組，求解得到每個(gè)曲線段的參數(shù)方程完成電纜中心線的擬合；

估算柔性電纜布線長(zhǎng)度，對(duì)每個(gè)曲線段沿弧長(zhǎng)積分得到該線段的長(zhǎng)度，定義第i條曲線的長(zhǎng)度，采用梯形法對(duì)該長(zhǎng)度積分求得電纜布線長(zhǎng)度；

將求得的電纜布線長(zhǎng)度和依據(jù)電纜型號(hào)獲得的電纜橫截面半徑、彈性模量、泊松比以及密度信息作為輸入?yún)?shù)，采用Cosserat彈性桿理論進(jìn)行電纜靜力學(xué)建模，基于變分思想的彈性力學(xué)最小勢(shì)能原理建立柔性電纜的勢(shì)能方程；

確定電纜空間幾何形態(tài)，針對(duì)不同的空間約束條件對(duì)所得電纜靜力學(xué)模型進(jìn)行最優(yōu)化建模，采用原始對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法中的內(nèi)點(diǎn)逼近求解思想，對(duì)電纜非線性多維優(yōu)化問題進(jìn)行求解；

根據(jù)獲取的電纜離散輸入點(diǎn)采用樣條曲線擬合方法通過離散點(diǎn)構(gòu)造電纜中心線，在其第一個(gè)點(diǎn)上采用截面沿路徑掃描的方式生成曲面，從而渲染出光滑的電纜曲面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字化柔性電纜設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述采用參數(shù)三次樣條曲線插值方法、分段擬合依次構(gòu)建相鄰離散點(diǎn)間的樣條曲線方程，具體步驟如下：

假設(shè)空間中有n個(gè)離散點(diǎn)，對(duì)相鄰離散點(diǎn)進(jìn)行分段擬合，由P_i、P_i+1兩點(diǎn)構(gòu)成的第i條樣條曲線的三次多項(xiàng)式參數(shù)方程可表示為：

設(shè)

t_i＝||P_i+1(t)-P_i(t)||

則推出

利用相鄰兩條曲線段之間的連接具有C²級(jí)光滑,即P_i″^-＝P_i″⁺，可得到方程：

n個(gè)離散點(diǎn)有n-1條曲線，相鄰兩條曲線得到一個(gè)關(guān)系方程，因此構(gòu)建n-2個(gè)方程，再通過使用自由端邊界條件，即P₁″＝0,P_n″＝0，使其構(gòu)成一個(gè)具有n個(gè)方程的方程組，使用追趕法完成系數(shù)矩陣的二次回代，從而由解得的切矢量獲得樣條曲線方程。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字化柔性電纜設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述空間約束條件為電纜布線和綁扎固定的位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字化柔性電纜設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述電纜靜力學(xué)模型優(yōu)化問題描述，步驟如下：

以歐拉參數(shù)為變量，描述電纜空間位姿、勢(shì)能方程和在不同空間約束下的邊界條件方程，基于彈性力學(xué)最小勢(shì)能原理，通過求解電纜在具有最小勢(shì)能時(shí)的歐拉參數(shù)，確定電纜的空間幾何形態(tài)，故選擇歐拉參數(shù)作為決策變量，針對(duì)不同的空間約束條件，電纜截面處的參數(shù)有不同限制；

決策目標(biāo)：q_i，j∈R⁴ⁿ，(i＝1，2，3，4；j＝1，2，...，n)

優(yōu)化目標(biāo)為：

約束條件為：

g_i(q)＝r_k(q_j)-r_j＝0，k＝1，2，3

h_i(q)＝d_k(q_j)-d_j＝0，k＝1，2，3。