面向电缆虚拟装配仿真的多分支弹簧质点模型.pdf

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1、第50卷第3期机械工程学报VO1．50NO．32014年2月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGFeb．2014DoI：l0．3901／JME．2014．O3．174面向电缆虚拟装配仿真的多分支弹簧质点模型木王志斌刘检华刘佳顺宁汝新(北京理工大学机械与车辆学院北京100081)摘要：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

2、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。关键词：多分支弹簧质点模型；虚拟装配；建模与仿真；电缆固定与捆扎；柔性体碰撞检测中图分类号：TP391AMulti--branchMass--spring

3、ModelforVirtualAssemblyofCableHarnessⅥNGZhibinLIUJianhuaLIUJiashunNINGRuxin(SchoolofMechanicalEngineering，BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081)Abstract：Thereal·timeassemblysimulationofcablesischallengingduetothecomplextopologyandflexibilityofcables．Amulti-branchmass-sprin

4、gmodelisproposedtodealwiththedificulties．Inwhichthetenseandbendingcharacteristicofcablecouldbedealtwithandthepointconnectingcablebranchesareaddedtohelpexpresscableharnesswithcomplextopology．Asolutioncombiningcontroltheoryandkinematicsispresented．Inthesolutionanexperientialformu

5、laisfittedwiththehelpofcontrolvariablemethodtoensurethecable’Slengthissameandanarithmeticfixingthepositionofparticularmasspointsispresentedtosimulatethedeformationwhencablesarebundledup．Incollisiondetectionforcable，sphericalboundingboxisusedtobuildupthecollisionmodelofcable，and

6、themoreaccuratecollisionpointcouldbegotinrealtimebydividingthecollisionmodelintomoreaccurateexpressionandeliminatingredundantcollision．Aprototypesystembasedonthemulti-branchmass—springmodelisdeveloped，inwhichassemblysimulationofcableiscarriedoutandthekeytechniquesandpresentedso

7、lutionarevalidated．Keywords：multi-·branchmass—·springmodel：virtualassembly；modelingandsimulation；bundleupcables；cablecollisiondetection向虚拟装配仿真的电缆模型需要满足两个基本特0前言征，即实时性和真实性。实时性是指电缆物理模型求解的效率能够满足虚拟现实的实时性要求；真实电缆是航空、航天和船舶等行业的复杂机电产性则是指在虚拟环境下模拟电缆运动时，其仿真结品的重要组成部分，电缆敷设的合理性与可靠插装果尽量反映真实电缆形态

8、。例如定长约束是指在电直接影响产品质量。近十年来，随着国内外研究机缆安装仿真过程中电缆的长度是定长的J，那么