專利名稱：虛擬環(huán)境下的線纜布線方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種虛擬環(huán)境下的線纜布線方法，屬于虛擬制造領(lǐng)域中模型的表達(dá)與操作技術(shù)的范疇，特別涉及虛擬環(huán)境下線纜的離散控制點(diǎn)建模以及基于離散控制點(diǎn)模型的布線方法。
背景技術(shù)：
線纜的裝配在航空、航天、汽車(chē)、計(jì)算機(jī)、家用電器等產(chǎn)品中占有很大的比重，線纜布局與優(yōu)化已成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一項(xiàng)重要任務(wù)。尤其是隨著航天、航空等復(fù)雜產(chǎn)品的小型化、輕量化、精密化和光、機(jī)、電一體化方向的發(fā)展，線纜裝配過(guò)程中的不規(guī)范及可靠性問(wèn)題成為影響產(chǎn)品裝配質(zhì)量的一個(gè)重要原因，有時(shí)甚至成為影響產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成敗的關(guān)鍵。將虛擬環(huán)境與線纜布線相結(jié)合，為解決線纜的裝配規(guī)劃問(wèn)題提供了非常有效的新手段。
在虛擬環(huán)境中，線纜作為柔性體，其建模與布線規(guī)劃過(guò)程與剛性零部件有如下的幾點(diǎn)區(qū)別(1)剛性零部件由于在裝配過(guò)程中不發(fā)生變形，因此可以將CAD環(huán)境下導(dǎo)出的面片模型應(yīng)用于虛擬環(huán)境中；而虛擬環(huán)境下的線纜模型很難從CAD環(huán)境下導(dǎo)出，應(yīng)直接在虛擬環(huán)境下進(jìn)行建模；(2)剛性零部件在裝配過(guò)程中只發(fā)生整體的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等位姿變換；而線纜在布線過(guò)程中則有局部彎曲、扭曲、變形等多種情況發(fā)生；(3)裝配過(guò)程中，在發(fā)生碰撞干涉之后線纜的變形具有不確定性；(4)剛性零部件的裝配過(guò)程是一次性完成的；而線纜在布線規(guī)劃過(guò)程中存在交叉裝配的問(wèn)題。
在虛擬環(huán)境下進(jìn)行線纜的建模與裝配規(guī)劃，與利用現(xiàn)有的CAD工具(如Pro/EngineerCabling Design，CATIA Electrical Cableway Routing等)進(jìn)行線纜的建模與布線有著很大的區(qū)別。
(1)現(xiàn)有CAD布線工具只是考慮線纜布置的最終位置，而不考慮線纜的布線過(guò)程；(2)現(xiàn)有CAD環(huán)境下線纜模型都表示為剛體，而不支持線纜布置動(dòng)態(tài)過(guò)程的模擬和分析機(jī)制，如線纜布線過(guò)程中的空間變形和操縱方式；(3)現(xiàn)有CAD布線工具不考慮布線過(guò)程中的動(dòng)態(tài)干涉檢測(cè)，而這在實(shí)際的裝配布線過(guò)程中是不可缺少的；(4)現(xiàn)有CAD布線工具不考慮布線過(guò)程中的交叉裝配問(wèn)題等。與剛性零部件的一次裝配完成不同，線纜往往是在一端裝配布線之后，要等到中間的一些零部件裝配完之后才進(jìn)行另一端的裝配布線。
近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)性能的逐步提高，線纜布線的研究不斷得到重視，1992年，Caudell TP等[1]提出了將虛擬環(huán)境與線纜布線相結(jié)合的思想，但是礙于技術(shù)條件并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。1997年Krumenaker在對(duì)當(dāng)時(shí)的虛擬裝配進(jìn)行總體評(píng)估時(shí)認(rèn)為虛擬環(huán)境下的線纜裝配布線僅僅處于起步階段[2]。LoockA等[3]在前人的工作基礎(chǔ)上提出了線纜彈簧模型，并對(duì)不同剛度的線纜在承受重力的狀態(tài)下進(jìn)行仿真模擬，取得了較好的效果。Hergenrother E等人[4]從動(dòng)力學(xué)的角度，提出了一個(gè)模擬線纜運(yùn)動(dòng)的算法。Ritchie J M等人[5-7]開(kāi)發(fā)了一個(gè)虛擬環(huán)境下實(shí)時(shí)線纜裝配布線的系統(tǒng)，通過(guò)頭盔顯示器以及三維鼠標(biāo)等設(shè)備與系統(tǒng)交互，并對(duì)虛擬環(huán)境下進(jìn)行線纜布線的效率進(jìn)行了檢驗(yàn)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了線纜靜態(tài)干涉檢測(cè)，但只能驗(yàn)證線纜布局設(shè)計(jì)的可行性，并沒(méi)有對(duì)虛擬環(huán)境下的線纜裝配規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行更深一步的研究。
參考文獻(xiàn)[1]Caudell T P，Mizell D W.Augmented realityan application of heads-up display technologyto manual manufacturing processes，Proc.IEEE Hawaii Int 1Conference on System Sciences，1992，2659～669[2]Krumenaker.Virtual Assembly，Technology Review，10018～99[3]Loock A，Schmer E.A Virtual Environment for Interactive Assembly SimulationFromRigid Bodies to Deformable Cables.In 5th World Multiconference on Systemics，Cyberneticsand Informatics(SCI′01)，Vol.3(Virtual Engineering and Emergent Computing)325～332[4]Hergenrother E，Dahne P.Real-time virtual cables based on kinematic simulation.InProceedings of the WSCG 2000，2000[5]Ritchie J M，Simmons J E L，Dewar R G.Methodology for Eliciting Product and ProcessExpert Knowledge in Immersive Virtual Environments.Portland International Conference onManagement of Engineering and Technology(PICMET’99)，Portland State University，Portland Oregon，19991037～1044[6]Ng F M，Ritchie J M，Simmons J E L.The Design and Planning of Cable Harness Assemblies.Journal of Engineering Manufacture(Part B)，IMechE，London，215，2001881～890[7]Ng F M，Ritchie J M，Simmons J E L.Designing cable harness assemblies in virtualenvironments.Journal of Materials Processing Technology，2000，10737～43
發(fā)明內(nèi)容
為解決虛擬裝配中線纜因其柔性可變特性而引起的難于表達(dá)以及操作不便的問(wèn)題，提出了虛擬環(huán)境下線纜的離散控制點(diǎn)建模以及基于離散控制點(diǎn)模型的線纜布線方法。
針對(duì)線纜的柔性可變特性，提出了線纜離散控制點(diǎn)建模方法，即將柔性線纜表示成由一系列離散的截面中心點(diǎn)相連而成的空間連續(xù)折線段，同時(shí)將這些中心點(diǎn)作為線纜空間位置和姿態(tài)的控制點(diǎn)，并通過(guò)對(duì)這些控制點(diǎn)的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下的線纜布線。
在線纜布線過(guò)程中，提出了線纜的單控制點(diǎn)局部布線、多控制點(diǎn)局部布線以及整體布線方法，達(dá)到快速對(duì)線纜進(jìn)行可視化布線的目的，同時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤和記錄線纜控制點(diǎn)的空間位姿信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)線纜布線過(guò)程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和保證線纜的精確定位及可靠性插裝。
本發(fā)明在一定程度上解決了如何在虛擬環(huán)境下進(jìn)行線纜建模及布線的問(wèn)題，可有效實(shí)現(xiàn)線纜布線過(guò)程在虛擬環(huán)境下的仿真，從而驗(yàn)證布線的正確性和布局的合理性，提高線纜裝配的質(zhì)量和成功率。
圖1為本發(fā)明的虛擬環(huán)境下線纜模型的示意2(a)為本發(fā)明的虛擬環(huán)境下線纜(由主線纜單元、分支線纜單元和線纜接頭組成)的建模過(guò)程示意2(b)為本發(fā)明的虛擬環(huán)境下線纜(由主線纜單元和線纜接頭組成)的建模過(guò)程示意3為本發(fā)明的虛擬環(huán)境下主線纜單元的建模流程示意4為本發(fā)明的虛擬環(huán)境下分支線纜單元的建模流程示意5為本發(fā)明的虛擬環(huán)境下線纜接頭的建模流程示意6為本發(fā)明的虛擬環(huán)境下以整個(gè)線纜為操作對(duì)象進(jìn)行布線的示意7(a)為本發(fā)明的虛擬環(huán)境下以單控制點(diǎn)為操作對(duì)象進(jìn)行布線的示意7(b)為本發(fā)明的虛擬環(huán)境下以多控制點(diǎn)為操作對(duì)象進(jìn)行布線的示意8為本發(fā)明的虛擬環(huán)境下線纜接頭裝配的示意9為本發(fā)明的虛擬環(huán)境下線纜布線完畢后的效果示意中主要標(biāo)注1-主線纜單元，2-分支線纜單元，3-線纜接頭，4-控制點(diǎn)聯(lián)接體，5-控制點(diǎn)，6-整體布線，7-局部布線，8-接頭裝配具體實(shí)施方式
一、虛擬環(huán)境下線纜的離散控制點(diǎn)建模方法虛擬環(huán)境下，線纜由主線纜單元(1)、分支線纜單元(2)、線纜接頭(3)或主線纜單元(1)、線纜接頭(3)組成。主線纜單元(1)或分支線纜單元(2)由控制點(diǎn)(5)和控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)組成，如圖1所示。
為了清楚地表達(dá)線纜模型的層次結(jié)構(gòu)，將具有相同的截面形狀和尺寸參數(shù)的線纜段稱為線纜單元；將依附于其它線纜單元的線纜單元稱作分支線纜單元，不依附于任何線纜單元的線纜單元稱為主線纜單元。
為了規(guī)范虛擬環(huán)境下線纜的建模及布線過(guò)程，根據(jù)線纜控制點(diǎn)(5)所處位置和作用的不同，將控制點(diǎn)(5)分為七類(lèi)一般控制點(diǎn)、終端控制點(diǎn)(主線纜單元或分支線纜單元兩端的控制點(diǎn))、分支控制點(diǎn)(引出分支線纜單元的控制點(diǎn))、固定控制點(diǎn)(具有特定位置要求的控制點(diǎn)，其位置和姿態(tài)將不能被改變)、終端固定控制點(diǎn)、終端分支控制點(diǎn)和固定分支控制點(diǎn)。
控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)是指連接相鄰兩個(gè)控制點(diǎn)(4)的實(shí)體，該實(shí)體的截面形狀和尺寸參數(shù)由其所表示的主線纜單元(1)或分支線纜單元(2)的截面形狀和尺寸參數(shù)決定。從線纜建模到線纜布線完畢的全部過(guò)程中，控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)的位置和姿態(tài)，一直由該聯(lián)接體所聯(lián)接的兩個(gè)控制點(diǎn)(5)的空間位置和姿態(tài)決定。
虛擬環(huán)境下的線纜接頭(3)需滿足以下兩點(diǎn)要求1)能夠與結(jié)構(gòu)件進(jìn)行精確定位；2)能夠盡量真實(shí)地描述復(fù)雜線纜接頭的形狀特征。目前，幾種主流的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)軟件(如WorldToolkit，Vega等)，僅具有簡(jiǎn)單的幾何建模能力，因此，線纜接頭(3)采用先在商品化三維CAD軟件(如Pro/Engineer，Unigraphics)中進(jìn)行建模，然后通過(guò)專用的轉(zhuǎn)換接口將模型導(dǎo)入到虛擬環(huán)境中的建模方法。另外，用于生產(chǎn)實(shí)際的線纜接頭(3)的種類(lèi)有限，因此通過(guò)建立線纜接頭庫(kù)的方式，提高線纜接頭(3)建模的效率，即設(shè)計(jì)者從線纜接頭庫(kù)中選擇所需要的線纜接頭類(lèi)型并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)將所對(duì)應(yīng)的接頭模型載入到虛擬環(huán)境中。
線纜接頭是與其所依附的主線纜單元(1)或分支線纜單元(2)的某一終端控制點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的，即線纜接頭(3)的位姿與該終端控制點(diǎn)的位姿是綁定在一起的，當(dāng)對(duì)其中之一進(jìn)行空間位姿變換時(shí)，另一者也做同樣的位姿變換。
虛擬環(huán)境下線纜的建模過(guò)程可以描述如下線纜的建模過(guò)程由主線纜單元(1)建模、分支線纜單元(2)建模、線纜接頭(3)建模或主線纜單元(1)建模、線纜接頭(3)建模組成，如圖2所示。
1)主線纜單元(1)建模主線纜單元(1)的建模步驟如下，其流程如圖3所示。
步驟1通過(guò)人機(jī)交互的方式獲得主線纜單元的各種信息，包括線纜的代號(hào)和名稱(如代號(hào)wire001，名稱cable)，主線纜單元的控制點(diǎn)數(shù)目(整數(shù)，如10)、截面形狀和尺寸參數(shù)(如圓截面，半徑1.5cm)、顏色(RGB值如黃色的RGB值為255，255，0)；步驟2根據(jù)步驟1中所獲得的信息在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建線纜控制點(diǎn)(5)，并將這些控制點(diǎn)(5)等距離排列(如75cm)；步驟3根據(jù)步驟2中所創(chuàng)建的線纜控制點(diǎn)(5)依次創(chuàng)建主線纜單元(1)的控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)(聯(lián)接體的截面形狀和尺寸參數(shù)由主線纜單元的截面形狀和尺寸參數(shù)決定)；步驟4將所創(chuàng)建的主線纜單元(1)放置于虛擬環(huán)境中的虛擬工作臺(tái)上；2)分支線纜(2)單元建模分支線纜單元(2)的建模步驟如下，其流程如圖4所示。
步驟1通過(guò)人機(jī)交互的方式獲得分支線纜單元(2)的各種信息，包括控制點(diǎn)(5)數(shù)目(整數(shù)，如15)、相鄰控制點(diǎn)之間的間距(如75cm)、截面形狀和尺寸參數(shù)(如圓截面，半徑2.5cm)、顏色(RGB值，如藍(lán)色的RGB值為0，0，255)；步驟2選取該分支線纜單元(2)所依附的主線纜單元(1)或者分支線纜單元(2)的某一控制點(diǎn)(5)，作為分支線纜單元(2)的起始控制點(diǎn)，并將該控制點(diǎn)(5)的類(lèi)型修改為分支控制點(diǎn)；步驟3創(chuàng)建分支線纜單元的控制點(diǎn)(5)，并根據(jù)所創(chuàng)建的控制點(diǎn)(5)創(chuàng)建該分支線纜單元(2)的控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)；步驟4將所創(chuàng)建的分支線纜單元(2)放置于其所依附的主線纜單元(1)或分支線纜單元(2)的相應(yīng)位置(如成30°角放置)。
3)線纜接頭建模線纜接頭的建模步驟如下，其流程如圖5所示。
步驟1通過(guò)人機(jī)交互的方式從線纜接頭庫(kù)中選取所需的線纜接頭(3)類(lèi)型，并設(shè)置其參數(shù)(如選擇的線纜接頭類(lèi)型為圓形接頭，設(shè)置參數(shù)半徑為2.5cm)；步驟2選擇該線纜接頭所依附的主線纜單元(1)或分支線纜單元(2)的某一終端控制點(diǎn)；步驟3根據(jù)步驟1中獲得的線纜接頭信息，將線纜接頭庫(kù)中的相應(yīng)模型載入虛擬環(huán)境中，并自動(dòng)建立其與步驟2中所選定的終端控制點(diǎn)(5)之間空間位置和姿態(tài)的關(guān)聯(lián)。
二、虛擬環(huán)境下基于離散控制點(diǎn)模型的線纜布線方法虛擬環(huán)境下的線纜布線方法包括整體布線(6)、局部布線(7)和接頭裝配(8)。其中局部布線又包括單控制點(diǎn)局部布線和多控制點(diǎn)局部布線兩種方法。
(1)線纜整體布線(6)線纜整體布線，是指在虛擬環(huán)境中完成線纜的建模之后，設(shè)計(jì)者將整個(gè)線纜(包括主線纜單元、分支線纜單元、線纜接頭或主線纜單元、線纜接頭，下同)作為操作對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等操作，如圖6所示。
在虛擬環(huán)境中完成線纜的建模之后，其初始位置往往不一定很靠近其目標(biāo)位置，通過(guò)線纜整體布線，可以將整個(gè)線纜迅速地移動(dòng)到其目標(biāo)位置附近，進(jìn)而采用局部布線進(jìn)行局部的精確布線，從而提高布線效率。
整體布線(6)的操作步驟如下步驟1設(shè)計(jì)者在虛擬環(huán)境中漫游，尋找并確定待布線的線纜(建模完畢后，所有的線纜都放在虛擬工作臺(tái)上)；步驟2利用輸入設(shè)備(如數(shù)據(jù)手套或三維鼠標(biāo))拾取整個(gè)線纜，同時(shí)高亮顯示該線纜；步驟3移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)輸入設(shè)備，獲取輸入設(shè)備的位姿變換矩陣(三維空間中的位姿變換矩陣為4×4階矩陣)；步驟4根據(jù)輸入設(shè)備的位姿變換矩陣，計(jì)算所拾取的線纜在虛擬環(huán)境下的最終位姿，對(duì)該線纜進(jìn)行位姿變換，將其移動(dòng)至新的位置；2)線纜局部布線(7)線纜局部布線，就是通過(guò)對(duì)線纜單個(gè)控制點(diǎn)(5)或由多個(gè)控制點(diǎn)(5)聯(lián)接而成的線纜段的位姿變換，達(dá)到對(duì)線纜局部布線規(guī)劃的目的。局部布線包括單控制點(diǎn)局部布線和多控制點(diǎn)局部布線兩種方法，單控制點(diǎn)布線是指在一次布線操作中僅拾取一個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行布線操作，如圖7(a)所示；多控制點(diǎn)布線是指在一次布線操作中拾取由多個(gè)控制點(diǎn)聯(lián)接而成的線纜段進(jìn)行布線操作，如圖7(b)所示。
局部布線的操作步驟如下步驟1設(shè)計(jì)者在虛擬環(huán)境中漫游，確定待布線的線纜(建模完畢后，所有線纜都放在虛擬工作臺(tái)上)；步驟2利用輸入設(shè)備，在步驟1中所確定的線纜上進(jìn)行單個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)(5)的拾取，獲得所拾取的單個(gè)控制點(diǎn)(5)或由多個(gè)控制點(diǎn)(5)聯(lián)接而成的線纜段，并高亮顯示；步驟3移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)輸入設(shè)備，同時(shí)獲取輸入設(shè)備的位姿變換矩陣。同時(shí)根據(jù)輸入設(shè)備的位姿變換矩陣，計(jì)算所選取的單個(gè)控制點(diǎn)(5)或多個(gè)控制點(diǎn)(5)的位姿變換矩陣，對(duì)其進(jìn)行位姿變換，并將其放置到新的空間位置；步驟4計(jì)算出與被拾取的控制點(diǎn)(5)相聯(lián)接的控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)的位姿變換矩陣，對(duì)控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)進(jìn)行位姿變換，并將其放置到新的位置；3)線纜接頭裝配(8)線纜接頭(3)的裝配，即對(duì)線纜接頭(3)進(jìn)行裝配操作，如圖8所示。線纜接頭的裝配主要包括以下兩個(gè)步驟步驟1通過(guò)對(duì)線纜接頭(3)的位姿變換，將線纜接頭移動(dòng)到目前裝配位置附近。在對(duì)線纜接頭進(jìn)行裝配操作的同時(shí)，與該線纜接頭相關(guān)聯(lián)的終端控制點(diǎn)也會(huì)做相同的位姿變換；步驟2當(dāng)線纜移動(dòng)到目標(biāo)位置附近時(shí)，通過(guò)基于幾何約束自動(dòng)識(shí)別的虛擬環(huán)境下零部件的精確定位方法，將線纜接頭精確地插裝到插座上。
虛擬環(huán)境下線纜布線完畢后的效果如圖9所示。
權(quán)利要求
1.一種虛擬環(huán)境下的線纜布線方法，其特征在于在虛擬環(huán)境下，將線纜表示成由一系列離散的截面中心點(diǎn)相連而成的空間連續(xù)折線段，將這些中心點(diǎn)作為線纜空間位置和姿態(tài)的控制點(diǎn)(5)，并通過(guò)對(duì)這些控制點(diǎn)(5)進(jìn)行空間位置和姿態(tài)的變換，來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下的線纜布線。
2.如權(quán)利要求1所述的虛擬環(huán)境下的線纜布線方法，其特征在于虛擬環(huán)境下的線纜由主線纜單元(1)、分支線纜單元(2)、線纜接頭(3)或主線纜單元(1)、線纜接頭(3)組成，主線纜單元(1)或分支線纜單元(2)由控制點(diǎn)(5)和控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)組成。
3.如權(quán)利要求1所述的虛擬環(huán)境下的線纜布線方法，其特征在于由建模和布線兩部分組成，其中建模過(guò)程由主線纜單元(1)建模、分支線纜單元(2)建模、線纜接頭(3)建模或主線纜單元(1)建模、線纜接頭(3)建模組成；主線纜單元(1)建模步驟1通過(guò)人機(jī)交互的方式獲得主線纜單元(1)的各種信息，包括線纜的代號(hào)和名稱，主線纜單元(1)的控制點(diǎn)(5)數(shù)目、截面形狀和尺寸參數(shù)、顏色；步驟2根據(jù)所獲得的信息在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建主線纜單元(1)的控制點(diǎn)(5)，并將這些控制點(diǎn)(5)等距離排列；步驟3根據(jù)步驟2中所創(chuàng)建的控制點(diǎn)(5)依次創(chuàng)建主線纜單元(1)的控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)；步驟4將所創(chuàng)建的主線纜單元(1)放置在虛擬環(huán)境中的虛擬工作臺(tái)上；分支線纜單元(2)建模步驟1通過(guò)人機(jī)交互的方式獲得分支線纜單元(2)的各種信息，包括控制點(diǎn)(5)數(shù)目、相鄰控制點(diǎn)(5)之間的間隔、截面形狀和尺寸參數(shù)、顏色；步驟2選取該分支線纜單元(2)所依附的主線纜單元(1)或分支線纜單元(2)的某一控制點(diǎn)(5)，作為分支線纜單元(2)的起始控制點(diǎn)(5)；步驟3創(chuàng)建分支線纜單元(2)的控制點(diǎn)(5)，并根據(jù)所創(chuàng)建的控制點(diǎn)(5)依次創(chuàng)建該分支線纜單元(2)的控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)；步驟4將所創(chuàng)建的分支線纜單元(2)放置于其所依附的主線纜單元(1)或分支線纜單元(2)的相應(yīng)位置；線纜接頭(3)建模步驟1通過(guò)人機(jī)交互的方式從線纜接頭庫(kù)中選取所需的線纜接頭(3)類(lèi)型，并設(shè)置其參數(shù)；步驟2選擇該線纜接頭(3)所依附的主線纜單元(1)或分支線纜單元(2)的某一終端控制點(diǎn)；步驟3根據(jù)步驟1中獲得的線纜接頭(3)信息，將線纜接頭庫(kù)中的相應(yīng)模型載入到虛擬環(huán)境中，并自動(dòng)建立線纜接頭(3)與所選定的終端控制點(diǎn)之間的空間位置和姿態(tài)的關(guān)聯(lián)；布線由整體布線(6)和局部布線(7)組成，其中局部布線(7)包括單控制點(diǎn)局部布線(7)和多控制點(diǎn)局部布線(7)兩種方法。1)線纜整體布線(6)步驟1在虛擬環(huán)境中尋找并確定待布線的線纜；步驟2利用計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備拾取整個(gè)線纜，同時(shí)高亮顯示該線纜；步驟3移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)輸入設(shè)備，獲取輸入設(shè)備的位姿變換矩陣；步驟4根據(jù)輸入設(shè)備的位姿變換矩陣，計(jì)算所拾取的線纜在虛擬環(huán)境下的最終位姿，對(duì)該線纜進(jìn)行位姿變換，并將其放置到新的位置；2)線纜局部布線(7)步驟1在虛擬環(huán)境中尋找并確定待布線的線纜；步驟2利用輸入設(shè)備，在步驟1中所確定的線纜上進(jìn)行單個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)(5)的拾取，獲得所拾取的單個(gè)控制點(diǎn)(5)或由多個(gè)控制點(diǎn)(5)聯(lián)接而成的線纜段，并高亮顯示；步驟3移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)輸入設(shè)備，獲取輸入設(shè)備的位姿變換矩陣，根據(jù)輸入設(shè)備的位姿變換矩陣，計(jì)算所選取的單個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)(5)的位姿變換矩陣，對(duì)所選取的單個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)(5)進(jìn)行位姿變換，并將其放置到新的位置；步驟4計(jì)算與被拾取的控制點(diǎn)(5)相聯(lián)接的控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)的位姿變換矩陣，對(duì)控制點(diǎn)聯(lián)接體(4)進(jìn)行位姿變換，并將其放置到新的位置。
全文摘要
一種虛擬環(huán)境下的線纜布線方法，屬于虛擬制造領(lǐng)域中模型的表達(dá)與操作技術(shù)的范疇。本發(fā)明針對(duì)虛擬裝配中線纜因其柔性可變特性而引起的難于表達(dá)以及操作不便的問(wèn)題，提出了線纜的離散控制點(diǎn)建模方法，即將線纜表示成由一系列離散的截面中心點(diǎn)相連而成的空間連續(xù)折線段，同時(shí)將這些中心點(diǎn)作為線纜空間位置和姿態(tài)的控制點(diǎn)，并通過(guò)對(duì)這些控制點(diǎn)的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下的線纜布線；在線纜布線過(guò)程中，提出了線纜的單控制點(diǎn)局部布線、多控制點(diǎn)局部布線及整體布線方法，達(dá)到了快速對(duì)線纜進(jìn)行可視化布線的目的，同時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤和記錄線纜控制點(diǎn)的空間位姿信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)線纜布線過(guò)程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和保證線纜的精確定位及可靠性插裝。
文檔編號(hào)H02G3/30GK1832670SQ20051005346
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月11日
發(fā)明者寧汝新, 劉檢華, 唐承統(tǒng), 萬(wàn)畢樂(lè), 高紀(jì)開(kāi)達(dá) 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)