摘要：针对目前活动线缆布线设计过程中的布线方法落后及布线结果难以验证的问题,在基于弹性细杆的活动线缆物性模型的基础上,提出一种分布力作用下的活动线缆物性建模方法。该方法将方程组经过变量代换及无量纲化后,利用微分求积法对其进行离散,并采用直接添加约束方程的方法处理边界条件,得到一组超定非线性方程组,之后采用Levenberg-Marquardt方法对该方程组进行迭代求解。建立了实验验证装置,通过算例与实验对照分析,证明了该模型能够较为准确地表达活动线缆的物理性质。在此基础上开发了活动线缆计算机辅助设计与优化系统,给出了系统应用流程和验证效果。

摘要：针对机电产品中电缆布局设计中没有考虑物理特性导致电缆取样长度不准确的问题,提出了虚拟环境中基于物理特性的电缆布局设计方法.首先使用非均匀三次B样条曲线拟合电缆中心线,并考虑电缆的弯曲半径,使电缆在拐角处的转弯半径符合其物理特性;然后采用能量优化造型法得到电缆调整过程中的静态位姿,并利用定长约束下搜索算法对求解结果进行优化;最后提出利用局部曲率约束算法控制电缆的弯曲变形,使电缆布局时更符合其弯曲特性.由于该方法考虑了柔性电缆的物理特性,提高了电缆布局结果形态的真实性和取样长度的准确性.最后设计并开发了基于物理特性的电缆布局设计原型系统,并通过实例验证了文中算法的可行性.

摘要：针对机电产品中的分支线缆自动布局设计与优化难题,提出一种基于最小斯坦纳生成树和改进的随机路径图算法的分支线缆自动布局设计方法。该方法采用最小斯坦纳生成树算法求解带有约束的斯坦纳点,并将该点确定为分支线缆的分支点;以基本随机路径图算法为基础,采用低离散度和基于障碍物的混合采样策略,构建一幅覆盖全空间障碍物表面的路径图,再利用A*算法搜索各线缆段的最短路径;对求解得到的路径点进行拟合,并最终获得分支线缆布局设计结果。设计并开发了分支线缆自动布局设计软件原型系统,并进行了算例测试与实例验证,证明了所提方法的可行性。

摘要：针对机电产品中线缆布局设计效率低、成本高的问题,提出一种基于障碍物与目标吸引的改进快速扩展随机树算法(Obs-GA RRT)的线缆自动布线方法。该方法以基本RRT算法为基础,提出标准扩展、基于障碍物碰撞面片法矢量方向扩展及基于历史与目标点吸引扩展相结合的扩展策略,并采用节点扩展概率准则及多步贪婪准则,自动求解出线缆的布局初始路径,并提出基于扩展碰撞信息的路径优化方法对求解得到的初始路径进行优化。设计并开发了三维线缆自动布线软件系统,进行了算例测试与实例应用,验证了算法的高效可行。

摘要：针对机电产品中普遍存在的分支线缆的自动布局问题,提出一种基于改进随机路径图算法的分支线缆自动布局方法。首先根据复杂产品中线缆连接关系的特点,提出并建立了"线缆零件—线束—线缆段"的线缆层次结构模型。然后以基本随机路径图算法为基础,采用基于障碍物的采样策略构建初始路径图,根据初始路径图中的节点失败系数进行路径图的"增强"扩展,并提出局部求解空间扩展策略。对求解得到的路径点,拟合成线作为分支线缆布局结果。最后设计开发了线缆自动布局设计软件原型系统,并进行了算例测试与实例应用,结果验证了该方法的可行性。

摘要：针对复杂线缆研制过程中布线信息分散、部分工程信息表达不完整的问题,提出虚拟环境下复杂线缆的集成信息模型。该模型以线缆的几何模型信息与线束模型信息为核心,采用B样条曲线拟合线缆的几何形态,利用线缆的连接关系信息和拓扑结构信息建立线缆各接口间的线束连通关系,在此基础上将线缆的基本属性信息、连接关系信息、附件信息、拓扑结构信息、几何模型信息及线束模型信息进行集成,服务于线缆虚拟布线设计和装配过程仿真。利用该模型进行线缆虚拟布线设计与装配过程仿真应用,输出了线缆制作部门和装配部门所需的工艺文件,通过工程实例验证了该集成信息模型的正确性。

摘要：针对稳定平台中活动线缆布局设计不合理造成的弹性干扰力矩较大的问题,提出一种基于运动仿真的活动线缆虚拟布局设计方法。该方法首先从拉伸、弯曲和扭转等方面考虑了线缆的物理属性,并建立基于Cosserat弹性杆理论的线缆物理模型,在此基础上建立了以活动线缆干扰力矩最小为目标的布局优化模型,针对无干涉约束、无过弯约束和长度约束进行了仿真过程中的约束条件检测,并以线缆两端的位置、姿态和线缆长度为变量参数,通过交互的和自动相结合的优化迭代方法获得了最小干扰力矩值下的布局方案。最后以某产品的稳定平台为实例,分别进行了仿真计算和实物布线,并对比分析了初始布线方案与优化后的布线方案相对应的弹性干扰力矩,结果表明提出的方法能够有效减小活动线缆所引入的干扰力矩值。

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。

摘要：针对复杂产品中柔性线缆装配路径自动求解困难的问题,提出一种基于低维度平衡态采样的线缆装配路径自动求解方法。该方法首先建立了基于Cosserat弹性杆理论的线缆物理属性模型,通过引入"引导路径"对线缆类可变形体运动规划的高维度问题进行降维,在沿"引导路径"的低维度空间中,以线缆两端约束参数进行随机采样并构建路径图,并通过路径图中满足限定条件构型的搜索获得可行的线缆装配路径。最后,设计并开发了线缆装配路径自动求解原型系统,通过算例测试和实例验证了所提方法的可行性及效果。

摘要：针对复杂机电产品中的管路布局效率低且依赖于经验的问题,提出一种基于改进A*算法的管路自动布局设计与优化方法。分析了布局过程中的工程约束,并对布局空间进行了栅格化处理;提出以A*算法作为路径搜索算法,通过构建基于长度、折弯数和方向的启发式函数,并通过改进安全性和安装固定等特定约束实现了管路路径的自动搜索。在得到初始路径后,采用二分思想对路径节点进行筛选,提出面向可制造性约束的路径优化方法,从而使布局设计结果满足可加工性要求。开发了管路自动布局设计与优化系统,并进行了算例测试与实例分析,验证了所提方法的可行性。