所有作者：刘检华 赵涛 王春生 唐承统
作者单位：北京理工大学机械与车辆学院
论文摘要：针对活动线缆的布线工艺可靠性差的问题，提出了一种基于弹性细杆力学模型的活动线缆物性建模与运动仿真方法。针对活动线缆的柔性及连续性特性，建立了固定的惯性坐标系、与活动线缆微元固连的Frenet坐标系和主轴坐标系等三套坐标系，并对活动线缆微元进行平衡状态下的受力分析，得到活动线缆在平衡状态下的Kirchhoff方程，进而建立了活动线缆物理特性模型。在此基础上，给出了基于该物理特性模型的活动线缆运动仿真方法，该方法将活动线缆运动端的轨迹按一定步长标准离散成多个按运动先后顺序排列的路径关键点，之后将这些路径关键点的信息带入到基于Kirchhoff平衡方程所建立的物理特性模型中求解，得到活动线缆运动端位于该位置时整条线缆的空间形态并将其信息储存于列表中。待全部路径关键点计算完毕后，读取列表中的信息进行连续显示以仿真活动线缆的运动状态。同时提出了与活动线缆运动仿真方法相适应的数据结构，即通过“路径关键点”和“路径”两个层面对线缆运动过程中的位姿在空间及时间两个维度上进行表达和记录。此外还提出了Kirchhoff平衡方程数值解法的迭代过程修正方法、对称性误差检验与修正方法等，解决了运动仿真方法在实际应用过程中的一些问题。最后通过实验对相关模型和算法进行了验证。
关键词： 物理特性建模 线缆运动仿真 弹性细杆力学模型 虚拟环境
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