[发明专利]基于构件机械原理的机构运动虚拟实验仿真方法

权利要求书

1.一种基于构件机械原理的机构运动虚拟实验仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在分析机械原理机构运动实验的各个构件之间的逻辑关系基础上，从机构构件中抽象出基本构件，以统一建模语言Modelica的方式建立这些基本构件的逻辑模型，统一存放到Modelica模型库，同时通过三维建模软件建立构件的三维几何模型，将构件的三维几何模型与构件的逻辑模型进行整合，建立以XML描述的完整实验构件模型，建立实验构件列表；

2)从实验构件列表中选取需要的构件，并定义各个构件的连接关系，搭建出虚拟实验的实验场景Modelica模型；根据实验所需的构件，读入对应的构件文件，选择构件的三维模型，对构件之间需要连接的接口进行组装；

3)组装完成后，获得实验场景模型的Modelica描述文件，设置仿真的参数，开始场景模型的编译求解仿真；

4)对求解结果文件进行数据处理，获得构件模型几何运动数据文件，从而驱动虚拟实验装配仿真环境中机构三维模型的可视化，实现机械原理实验的三维搭建和可视化仿真。

2.根据权利要求1所述的一种基于构件机械原理的机构运动虚拟实验仿真方法，其特征在于，所述的步骤1)中的XML描述的完整实验构件模型信息包括：

(1)构件基本信息：构件ID、构件名称、构件类型、学科信息、创建者信息、创建日期，所述的构件ID与Modelica库中的构件一一对应；

(2)构件接口列表：用于构件与构件之间连接的接口；

(3)构件属性列表：构件内部用数学表达式表述的参数；

(4)构件在Modelica库中的逻辑位置；

(5)几何构件的可视化模型信息和坐标系转换矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种基于构件机械原理的机构运动虚拟实验仿真方法，其特征在于，所述的构件内部用数学表达式表述的参数包括参数的ID、名称、符号、值、单位、最小值、最大值、是否在建模环境显示和是否可修改；所述的是否可修改用于表明可供用户输入值的参数，所述的是否在建模环境显示定义了需要返回到建模环境的结果参数。

4.根据权利要求2所述的一种基于构件机械原理的机构运动虚拟实验仿真方法，其特征在于，所述的Modelica库为树状结构，逻辑位置存放的是该构件从根节点到其子节点的路径。

5.根据权利要求1所述的一种基于构件机械原理的机构运动虚拟实验仿真方法，其特征在于，所述的步骤3)中的场景模型的编译求解仿真步骤如下：

实验场景的Modelica描述文件传入求解模块，求解器求解时先调入各学科Modelica基本构件库和各学科Modelica组合构件库，获取仿真时间设置，调用编译求解器求解实验场景Modelica文件，获得各运动构件的plt格式输出数据格式的结果，求解结果通过求解数据解析工具转换成结果描述文件返回到建模环境。

6.根据权利要求5所述的一种基于构件机械原理的机构运动虚拟实验仿真方法，其特征在于，所述的编译求解器求解实验场景Modelica文件具体如下：

将实验场景Modelica模型转换成用系列方程组描述的平坦模型，通过OpenModelica编译器，将平坦模型转换成C语言源代码，再通过GCC编译器将C语言程序编译成可执行文件，实现对实验场景模型的计算求解。

7.根据权利要求1所述的一种基于构件机械原理的机构运动虚拟实验仿真方法，其特征在于，所述的步骤4)中的对求解结果文件进行数据处理具体如下：

将plt格式的文件转换成VR Flier动画路径文件，其过程为，首先从plt文件中截取需要的数据；其次通过C++文件流操作，将数据文件读入系统内存，赋值给相应的数组；最后，将位置坐标与角度转化为变换矩阵。