[发明专利]虚拟装配环境下柔性电缆装配模型的实现方法

权利要求书

1.一种虚拟装配环境下柔性电缆装配模型的实现方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，在三维CAD软件中对电缆布线设计出电缆装配模型，通过CAD软件二次开发接口程序读取电缆装配模型的设计信息并同步将电缆装配模型进行三角网格化，生成WRL格式的中性文件；所述的电缆装配模型包括电缆分支模型和电连接器模型，WRL格式下的电缆分支模型由一系列三角面片分割的圆柱面连接组成，圆柱面之间的连接面为圆截面，圆周上分布一系列组成圆柱面的三角面片顶点；

其次，在虚拟现实环境下进行以下电缆装配模型数据的预处理：通过数据转换接口程序读取WRL格式的电缆分支模型文件，建立三角面片和圆柱面的映射关系，并生成各圆截面的中心点集合，同时建立各中心点与分布在圆截面上的点集的映射关系，然后通过数据转换接口程序读取所述的WRL格式的电连接器模型文件，建立三角面片和约束几何面之间的映射关系；

第三，为电缆分支模型加载质点弹簧系统来实现电缆分支模型在装配过程中具有物理真实感的柔性变形，步骤如下：依次将每个圆截面的中心点作为质点，并设置质点编号、质量、位置、速度、合力值和是否可动；依次在相邻的圆截面间加载弹簧，将两圆截面的中心点作为弹簧连接的两个质点，设置弹簧编号、原长、最大伸缩率、弹性系数和阻尼系数；

第四，建立电缆装配模型的层次包围盒，用于装配仿真过程的实时碰撞检测，步骤分别如下：对于电缆分支模型，根据其三角面片模型生成坐标轴轴向包围盒的层次包围盒，用于与其他物体的碰撞检测，依次以圆截面中心点为圆心，圆截面半径为半径生成包围球，用于自碰撞检测；对于电连接器模型，根据其三角面片模型生成方向包围盒的层次包围盒；

第五，根据各电缆分支和电连接器之间的拓扑关系和相对位置信息，将电连接器和电缆分支装配成为一个整体，并在装配过程中保持电连接器和电缆分支连接处的相对位置不变；

第六，在虚拟环境下对装配场景进行渲染，通过抓取电缆分支或者抓取电连接器的装配运动控制方式，对电缆装配模型进行布线装配操作：

抓取电缆分支运动到固定点位置，将离固定点最近的质点属性设置为不可动，重复此操作，实现逐步固定各段电缆分支；

抓取电连接器运动到目标电连接器附近，通过约束识别将电连接器精确定位到目标装配位置；

从而完成对整段电缆的可装配性验证。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的设计信息为一系列描述电缆模型分支数目、各分支拓扑关系、各分支直径、最小弯曲半径、颜色和描述电连接器配合约束信息以及电连接器和各电缆分支拓扑关系和相对位置信息的集合，所述的配合约束信息包括约束几何面、约束类型、特征值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的装配运动控制方式有两种：一种是以电缆整体为装配对象进行平移和旋转操作；一种是抓取电连接器时，根据电连接器的位置和运动速度计算与该电连接器端口相连的电缆分支圆截面质点的位置和运动速度，或者抓取电缆分支时，获取离抓取位置最近的圆截面质点位置和运动速度，并根据电缆分支所建立的质点弹簧系统迭代计算每个可动质点的所受合力、加速度、速度及下一帧的可能位置，同时进行自碰撞检测和其他物体之间的碰撞检测及响应，根据相邻两个质点的位置计算矢量v₁，旋转质点所对应的圆截面使得圆截面的法向矢量v和v₁重合，并更新电缆分支的AABB层次包围盒，这样电缆分支模型在运动控制力、重力的作用下，在装配过程中根据所建立的质点弹簧系统可模拟电缆的柔性变形仿真。