稳定平台中活动线缆的虚拟布局设计方法

针对稳定平台中活动线缆布局设计不合理造成的弹性干扰力矩较大的问题,提出一种基于运动仿真的活动线缆虚拟布局设计方法。该方法首先从拉伸、弯曲和扭转等方面考虑了线缆的物理属性,并建立基于Cosserat弹性杆理论的线缆物理模型,在此基础上建立了以活动线缆干扰力矩最小为目标的布局优化模型,针对无干涉约束、无过弯约束和长度约束进行了仿真过程中的约束条件检测,并以线缆两端的位置、姿态和线缆长度为变量参数,通过交互的和自动相结合的优化迭代方法获得了最小干扰力矩值下的布局方案。最后以某产品的稳定平台为实例,分别进行了仿真计算和实物布线,并对比分析了初始布线方案与优化后的布线方案相对应的弹性干扰力矩,结果表明提出的方法能够有效减小活动线缆所引入的干扰力矩值。     

一种基于运动规划的选择拆卸序列规划技术

选择拆卸序列规划是产品维修或回收的重要环节,针对目前选择拆卸序列规划算法中自动化程度较低的问题,提出一种基于运动规划的选择拆卸序列规划方法。该方法首先根据复杂产品中零件数量繁多,形状不规则的特点,采用基于自适应动态多树的快速扩展随机树(Rapidly-exploring random tree,RRT)算法对零件进行运动规划。在此基础之上,通过对装配体进行自动分层处理,分析零件间拆卸约束关系,构建装配体的拆卸约束关系图。最后通过对拆卸约束关系图的分析处理,获得目标零件的选择拆卸序列。以某底盘的目标零件为例,对提出的算法进行了验证。     

面向电缆虚拟装配仿真的多分支弹簧质点模型

针对多分支电缆的柔性特征以及复杂拓扑结构导致的装配仿真困难的问题,提出一种面向电缆虚拟装配仿真的多分支弹簧质点模型,该模型在弹簧质点模型的基础上,通过增加分支点连接多个电缆分支,从而表达具有拓扑结构的电缆,同时考虑电缆的抗弯曲、拉伸以及重力等物理属性;提出经典控制理论与运动学相结合的模型求解方法,使用控制变量法拟合出经验公式来实现电缆装配仿真中的"定长约束",采用定点约束算法实现对电缆的固定与捆扎操作仿真;提出球体层次包围盒构造柔性电缆的碰撞模型,通过细分碰撞模型、剔除冗余碰撞等方法实现了柔性电缆的干涉检测,满足了柔性电缆碰撞检测的效率和精度要求。设计并开发了基于多分支弹簧质点模型的电缆虚拟装配仿真原型系统,并通过实例验证了相关算法的可行性。     

线缆虚拟布线与敷设过程仿真技术

为提高复杂机电产品中线缆布线的质量和装配可靠性,结合机电产品中的线缆研制流程,提出一种虚拟环境下的线缆布线设计、装配工艺规划和安装仿真集成方法,重点对虚拟环境下基于图论的线缆数字化模型建立、交互式线缆布线与敷设过程仿真、基于逆运动学和能量优化法的线缆运动仿真方法等关键技术进行阐述。所开发的线缆虚拟布线与敷设仿真系统已在航天产品的研制中得到局部应用,初步实现了线缆的数字取样和敷设过程仿真。     

一种基于改进快速搜索随机树算法的管路自动布局方法

针对非正交管路自动布局问题,提出一种基于障碍物碰撞信息的快速搜索随机树 改进算法。该算法主要采用基于碰撞信息的节点扩展策略、快速绕障算法以及基于概率思想的 节点扩展策略3 种方法进行改进,能够在较短的时间内搜索出一条沿结构件表面从起点到终点 的路径,在此基础上采用基于关键节点的路径优化策略,对求解得到的布局路径进行优化后形 成最终的管路布局结果。开发了原型系统,通过实例验证了该算法的可行性。     

一种以拓扑结构信息为骨架的线缆数字化模型

针对机电产品中复杂线缆的拓扑结构、几何和繁杂工程语义信息统一表达难的问题,提出一种以拓扑结构信息为骨架的线缆数字化模型。该模型将线缆抽象为多层次的基本元素,分别建立基本元素间的包含关系和连接关系无向图来表达其复杂的拓扑结构,并以此作为骨架,在不同的基本元素集合上关联线缆的几何通路、电气连通、工程材料等信息,实现了对线缆多方面工程语义信息的表达。提出了对该模型信息的检索方法,以及创建三维线缆实体模型的方法。最后,对基于该模型开发的线缆数字化取样、线缆装配仿真等软件模块进行了工程实例验证,结果表明该模型可有效表达不同应用中线缆的复杂结构和多方面的工程语义信息。     

虚拟环境下复杂线缆的集成信息模型

针对复杂线缆研制过程中布线信息分散、部分工程信息表达不完整的问题,提出虚拟环境下复杂线缆的集成信息模型.该模型以线缆的几何模型信息与线束模型信息为核心,采用B样条曲线拟合线缆的几何形态,利用线缆的连接关系信息和拓扑结构信息建立线缆各接口间的线束连通关系,在此基础上将线缆的基本属性信息、连接关系信息、附件信息、拓扑结构信息、几何模型信息及线束模型信息进行集成,服务于线缆虚拟布线设计和装配过程仿真.利用该模型进行线缆虚拟布线设计与装配过程仿真应用,输出了线缆制作部门和装配部门所需的工艺文件,通过工程实例验证了该集成信息模型的正确性.     

基于Cosserat 弹性杆理论的柔性线缆物理建模方法

针对虚拟环境中线缆敷设过程仿真的线缆建模问题,提出一种基于Cosserat 弹性 杆理论的柔性线缆物理建模方法。该方法在线缆离散模型的基础上根据Cosserat 弹性杆理论导 出线缆的总体势能,并通过优化算法得到线缆总体势能最小时的线缆形态,即线缆的平衡状态。 模型考虑到线缆的柔性和连续性,能够模拟线缆的弯曲和扭转变形;通过对线缆进行离散表达, 实现了对线缆总体势能的数值求解;引入罚函数将求解线缆总体势能最小值问题转化为非线性 无约束优化问题;非线性无约束优化问题的求解采用信赖域方法,提高了求解的稳定性。设计 并开发了虚拟环境中的线缆敷设过程仿真原型系统,并进行实例验证,证明该方法的可行性。     

基于任意时间RRT算法的三维自动布线技术

考虑约束的路径规划是线缆布局设计的重要方面,针对目前三维环境下的布线方法效率低以及对约束考虑不完善的问题,提出一种基于任意时间RRT算法的三维自动布线方法。该方法将任意时间算法与双树吸引快速扩展随机树(RRT)算法相结合,兼顾路径规划的长度约束及搜索效率,实现线缆初始路径的生成,提出了基于障碍物的磁吸算法(OBMA),将初始路径作"贴壁"细化处理完善线缆路径,最后建立了基于Cosserat弹性杆理论的线缆物理模型,计算获得线缆的精确空间姿态,从而完成布局设计。开发了原型系统,通过典型的布线场景对算法性能进行了测试,并利用某产品仪器板布线实例验证了线缆布局设计效果。     

光滑平面约束下的活动线缆物性建模与运动仿真技术

针对活动线缆在安装和服役过程中受到单面约束时的运动过程仿真问题,提出一种基于弹性细杆静力学理论的光滑平面约束下的活动线缆物性建模与仿真方法。该方法通过分析活动线缆在光滑平面约束下的受力情况,将活动线缆所受到的约束力用拉格朗日乘子表达,将节点与平面的相对空间位置关系作为限制活动线缆运动的约束方程,得到分布力作用下的活动线缆Kirchhoff平衡方程,并建立活动线缆的物理模型。进而采用非线性约束优化方法求解模型。最后根据不同假设条件进行算例测试,通过比较活动线缆的仿真形态和实际形态,验证模型和数值解法的正确性。结果表明,该模型和解法能充分真实地表达活动线缆的基本物理特性和活动线缆受到光滑平面约束时的形变特点。