[发明专利]用于生成3D仿真的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生实时物理设备仿真的方法和系统，更具体来说，本发明的实施例涉及利用由传统的计算机辅助设计应用产生的模型对逆运动学定义的对象进行实时闭环参数驱动的仿真。

背景技术

物理设备(例如机器臂)典型地包含在坐标系中从一点移动到另一点的多个连杆、臂、末端执行器、皮带和提升器。物理设备的一个例子可以是能够进行简单的捡放的机器人或者用于组装的更复杂的设备。与以线性运动移动到各个位置的其它三维设备不同，物理设备可以具有几个枢轴转动并连接的延伸部分，这些延伸部分各自可以按照多种方式被移动以到达相同的终点。作为一个简单的例子，具有两条臂的机器人可以将对象移动三英尺。臂一可以被移动一英尺，而臂二可以被移动两英尺，以到达终点。但是可以看出，这两条臂可以具有合计为三英尺的移动的几乎无限多的移动组合。这两条臂的长度可以不相等，并且因此可以各自具有不同的运动弧线。逆运动学方程定义物理设备的各个子部件之间的交互，以便提供关于哪一个子部件移动一定距离以到达最终位置的答案。

诸如机器人之类的设备被称作逆运动学设备，因为它们需要逆运动学方程来定义所述设备的各个子部件的运动可能性。需要专门的应用以基于逆运动学设备的枢轴点和线性移动来仿真由逆运动学方程所定义的所述设备的运动。

存在模拟及仿真三维设备(包括逆运动学设备)的仿真应用。这些应用允许设计具有内置的计算机辅助设计(CAD)应用的逆运动学设备，或者使用可用设备的标准库来进行仿真。使用来自标准CAD应用的定制设计的设备通常可能需要导出到特定格式，以便导入到所述仿真应用中。许多工业定制设计设备以适用于设施或生产线中的特定情况，并且希望利用所述设备的仿真。工业标准设备可能常常无法提供满足设施需求的所及限度、尺寸、速度或精度。因此，需要这样一种应用，该应用把定制逆运动学设备导入到闭环参数驱动仿真应用中，并且向用户提供接口，以便交互地调节设备运动和设计参数。

发明内容

这里提供了用于根据在标准计算机辅助设计(CAD)应用中产生的三维对象来提供对逆运动学设备的仿真的方法和系统。来自CAD应用的三维对象可以被捕获并且被导出到标准文件格式。可以产生运动简档数据文件，并且可以把所述运动简档数据文件传送到客户端仿真应用。

根据本发明的原理的方法或系统中的第一步骤可以是通过捕获来自三维CAD模型的设计来开发三维模型。可以分析该三维模型以便识别出所述对象的一个或多个移动部件，并且确定一个或多个移动子部件的一个或多个逆运动学关系。逆运动学方程描述对象的运动，所述对象包含多个子部件(比如臂或连杆)以便移动设备中的末端执行器。各个臂或连杆可以在多个运动中被独立地移动，以便把设备的末端执行器移动到某一位置。逆运动学方程可以定义所述子部件中的每一个在坐标系中的运动。该对象可以被导出到文件格式，所述文件格式能够存储所述移动部件的包括所述一个或多个逆运动学关系的表征。

所述三维计算机自动设计模型可以由工业标准CAD应用、比如SolidWorks、Pro/ENGINEER、AutoCad或者能够开发三维模型的任何其它应用提供。所述三维计算机辅助设计模型可以被用来产生标准.X文件格式。所述.X文件格式可以是以分层级别描述三维对象的文本文件。在实施例中，所述.X文件可以通过从CAD应用中导出来产生、由数字内容转换器产生或者由文件导出/翻译工具产生。可以为将被用在仿真中的每个三维对象产生该.X文件。一旦产生了所述.X文件，就可以使用网格数据提取应用程序，其可以从该.X文件中去除不必要的细节。

可以识别所述三维模型的移动部件，比如枢轴位置可以定义所述逆运动学对象的运动。移动部件之间的关系可以被定义为逆运动学关系。可以定义设备的每个子部件(比如可能已经被确定为具有独立的运动的各臂或连杆)的运动。所述.X文件格式可能不适于包含枢轴运动数据，因此可以为需要部件运动信息的每个对象产生至少一个描述运动的.X文件。

一旦产生了可以定义部件运动信息的.X文件，就可以解析该.X文件以便仅仅提取仿真所期望的所述对象的外壳描述。可以利用定制解析器应用来提取该信息，该定制解析器应用允许用户仅仅提取仿真所需要的信息。