用于分析和测试多个自由度对象的系统和方法技术方案

本申请涉及用于分析和测试多个自由度对象的系统和方法。系统包括处理器以及耦合到处理器的存储器。存储器存储指令，所述指令使得处理器确定对象的第一运动包络。第一运动包络对应于可实现的对象的位置的运动学包络。指令还使得处理器基于对象的第一运动包络和第二运动包络的交叉确定对象的操作包络。第二运动包络对应于对象的运动范围，该运动范围受到对象的动态运动限制的约束，并且该操作包络指示在对象的操作期间对象的运动范围。指令进一步使得处理器基于操作包络生成对象的虚拟模型。虚拟模型用于对所述对象的操作进行虚拟建模。

Systems and methods for analyzing and testing multiple degree of freedom objects

【技术实现步骤摘要】
用于分析和测试多个自由度对象的系统和方法
本公开总体涉及用于分析和测试多个自由度对象的系统和方法。
技术介绍
由于存在数百万或数十亿的潜在位置，具有多个自由度的对象难以虚拟地/分析地建模。此类对象通常包括基于硬件的运动限制设备，诸如止动件、限制件、凸起、传感器等，以限制对象的移动，使得对象不经历碰撞。基于硬件的运动限制设备增加了重量、体积和设计的复杂性。此外，经常对所述对象的原型进行试验以确定基于硬件的运动限制设备应该被定位的位置。这增加了设计过程的时间和成本。
技术实现思路
在特定实现中，系统包括处理器以及耦合到处理器的存储器。存储器存储指令，当由处理器执行时，所述指令使得处理器确定对象的第一运动包络。第一运动包络对应于对象的位置的运动学包络，所述位置可由对象到达。指令还使得处理器基于对象的第一运动包络和第二运动包络的交叉确定对象的操作包络。第二运动包络对应于对象的运动范围，所述运动范围受到对象的动态运动限制的约束，并且所述操作包络指示在对象的操作期间对象的运动范围。指令进一步使得处理器基于操作包络生成对象的虚拟模型。虚拟模型用于对所述对象的操作进行虚拟建模。在特定实现中，方法包括确定对象的第一运动包络。第一运动包络对应于对象的位置的运动学包络，所述位置可由对象到达。方法还包括基于对象的第一运动包络和第二运动包络的交叉确定对象的操作包络。第二运动包络对应于对象的运动范围，所述运动范围受到对象的动态运动限制的约束，并且所述操作包络指示在对象的操作期间对象的运动范围。方法进一步包括基于操作包络生成对象的虚拟模型。虚拟模型用于对所述对象的操作进行虚拟建模。在特定实现中，计算机可读存储设备包括指令，当被执行时，所述指令使处理器执行操作，所述操作包括确定对象的第一运动包络。第一运动包络对应于对象的位置的运动学包络，所述位置可由对象到达。指令还使得处理器执行基于对象的第一运动包络和第二运动包络的交叉确定对象的操作包络的操作。第二运动包络对应于对象的运动范围，所述运动范围受到对象的动态运动限制的约束，并且所述操作包络指示在对象的操作期间对象的运动范围。指令进一步使得处理器执行基于操作包络生成对象的虚拟模型的操作。虚拟模型用于对所述对象的操作进行虚拟建模。通过生成对象的虚拟模型，可以通过对象的操作包络对所述对象的操作虚拟地建模，以虚拟地确定和验证其操作包络。与使用对象的物理实例确定和/或验证操作包络相比，确定和验证操作包络实际上节省了时间和成本，并且可以减少或消除基于硬件的运动限制设备。附图说明图1示出用于分析和测试多个自由度对象的系统的示例的方框图；图2是由图1的系统执行的分析和测试多个自由度对象的方法的示例的流程图；图3是生成虚拟模型的方法的示例的流程图；图4是生成部件轮廓的方法的示例的流程图；图5A是示出图1的对象的示例的侧视图的图示；图5B是示出图5A的对象的示例的另一个侧视图的图示；图6是示出图1的点云的侧视图的图示；图7是确定第一运动包络或操作包络的示例的流程图；图8是确定第二运动包络的示例的流程图；图9是示出关注点和致动器包络的图示；图10是生成虚拟模型的方法的示例的流程图；图11是制造包括虚拟测试的对象的交通工具的方法的示例的流程图；以及图12是根据本公开被配置为支持生成虚拟模型的计算环境的特定示例的方框图。具体实施方式公开的实施例提供用于分析和测试多个自由度对象的系统和方法。系统包括交互式可视分析和仿真(IVAS)工具，用于确定和/或确认(例如，验证)对象的操作包络(例如，运动范围)，诸如多个自由度对象。IVAS工具是一种实时交互式应用程序，其使用运动学仿真(例如，视频游戏引擎)，利用分析工具(例如，计算机辅助工程(CAE)数据和/或产品生命周期管理(PLM)数据))来合成3D产品数据(例如，计算机辅助设计(CAD)模型)，从而可视化复杂系统和数据集。IVAS工具可以对机械运动学、组件动力学建模，并使用传统建模和仿真应用程序的数据示出集成系统操作序列。IVAS工具可以利用从CAD程序(例如，CAD模型)导出的对象的3D几何形状的完整或简化表示。IVAS工具可以虚拟地测试对象的位置以及对象的规定的硬件限制(诸如对象的致动器的行程长度限制和/或关节角度限制)，以检测碰撞。例如，对象的每个潜在位置可用于生成对象的内部和外部边界，以累积所有边界位置的运动包络从而定义运动学包络(例如，运动学运动范围(ROM))。然后，使用所述规定的最终用途应用限制(例如，交通工具相对动态运动(VRDM)限制表)定义的动态运动限制，从对象的极限位置确定动态包络(例如，动态ROM)。然后基于运动学包络和动态包络的表面边界的交叉生成操作包络(例如，操作ROM)。操作范围包括对象在操作期间可以实现并且分析地(例如，虚拟地)确定的所有可能位置。操作包络可以用于设置基于硬件的运动限制设备，设置基于软件的运动限制或其组合。因此，可以分析地并且独立于操纵对象106的物理实例来生成多个自由度对象的操作包络。此外，操作范围可以用于测试或验证操作包络，即执行操作运动范围测试，诸如美国国家航空航天局(NASA)所要求的运动范围测试。例如，可以虚拟地和/或物理地测试操作包络(例如，操纵对象的物理实例)。操作包络用于生成对象的运动云，即对象的操作包络的视觉表示。可以基于运动云生成对象的组件的点云(例如，轮廓)。基于点云生成对象的组件的网格。对象的组件的网格构成对象的虚拟模型，并且所述网格由IVAS工具(例如，其运动学仿真器，诸如视频游戏引擎)操纵以测试碰撞。例如，虚拟模型被虚拟地操纵或沿着移动路径从原点、默认位置或起始位置移动到运动学仿真器的各个关注点，从而沿着移动路径测试所述点。可以使用关注的点来测试操作包络的各个点，而不是测试操作包络中的每个点，对于复杂对象，这可花费大量时间。可以由IVAS工具或其用户选择关注的点。关注的点(或关注的区域)通常对应于对象在对象的移动组件的边界(诸如致动器包络的边界)附近的位置。通过沿着移动路径操纵虚拟模型并检查每个点，可通过IVAS工具使用运动学仿真器来检测碰撞(或者可以确定没有碰撞)。可以将碰撞定义为当一个组件碰撞(触摸)另一个组件时，或者当满足对象的组件的表面与所述对象或另一个对象的另一个组件的另一个表面之间的最小距离时。图形用户界面(GUI)和显示器允许用户在对象的仿真期间查看实时对象参数、对象位置和碰撞边界。在已经虚拟地建模对象之后，可以使用对象的物理实例来验证或确认IVAS工具所确定的操作包络和移动路径。IVAS工具(或另一个设备)可以基于移动路径生成命令和/或信号。信号使对象的物理实例沿着移动路径移动，以验证移动路径没有碰撞。因此，与使用对象的物理实例确定和/或验证操作包络相比，虚拟地确定和验证对象的操作包络实际上节省了时间和成本，并且可以减少或消除基于硬件的运动限制设备在对象上的使用。图1示出用于分析和测试多个自由度对象(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分析和测试多个自由度对象的系统(100)，包括：/n处理器(112)；以及/n耦合到所述处理器(112)的存储器(114)，所述存储器(114)存储指令，当由所述处理器(112)执行时，所述指令使得所述处理器(112)：/n确定对象(106)的第一运动包络(142)，所述第一运动包络(142)对应于所述对象(106)的位置的运动学包络(202)，所述位置能由所述对象(106)到达；/n基于所述对象(106)的所述第一运动包络(142)和第二运动包络(144)的交叉确定所述对象(106)的操作包络(146)，所述第二运动包络(144)对应于所述对象(106)的运动范围，所述运动范围受到所述对象(106)的动态运动限制的约束，所述操作包络(146)指示在所述对象(106)的操作期间所述对象(106)的运动范围；以及/n基于所述操作包络(146)生成所述对象(106)的虚拟模型(150)，所述虚拟模型(150)用于对所述对象(106)的操作进行虚拟建模。/n

【技术特征摘要】
20180821 US 16/107,7381.一种用于分析和测试多个自由度对象的系统(100)，包括：
处理器(112)；以及
耦合到所述处理器(112)的存储器(114)，所述存储器(114)存储指令，当由所述处理器(112)执行时，所述指令使得所述处理器(112)：
确定对象(106)的第一运动包络(142)，所述第一运动包络(142)对应于所述对象(106)的位置的运动学包络(202)，所述位置能由所述对象(106)到达；
基于所述对象(106)的所述第一运动包络(142)和第二运动包络(144)的交叉确定所述对象(106)的操作包络(146)，所述第二运动包络(144)对应于所述对象(106)的运动范围，所述运动范围受到所述对象(106)的动态运动限制的约束，所述操作包络(146)指示在所述对象(106)的操作期间所述对象(106)的运动范围；以及
基于所述操作包络(146)生成所述对象(106)的虚拟模型(150)，所述虚拟模型(150)用于对所述对象(106)的操作进行虚拟建模。


2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括显示设备(116)，所述显示设备(116)被配置为显示所述虚拟模型(150)。


3.根据权利要求1或2所述的系统，进一步包括运动学仿真器(132)，所述运动学仿真器被配置为基于所述虚拟模型(150)通过所述操作包络(146)对所述对象(106)的移动进行虚拟建模。


4.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述指令进一步使所述处理器(112)基于所述虚拟模型(150)通过所述操作包络(146)生成命令(162)，所述命令(162)指示所述对象(106)的无碰撞移动路径(154)，并且进一步包括：
控制器(104)，所述控制器(104)被配置为接收所述命令并基于所述命令生成信号(164)；以及
所述对象(106)被配置为从所述控制器(104)接收信号(164)并且被配置为基于所述信号(164)沿着所述无碰撞移动路径(154)移动。


5.根据权利要求4所述的系统，进一步包括网络接口(118)，所述网络接口(118)被配置为经由网络将所述命令传输到所述控制器(104)。


6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述对象具有三以上的自由度。


7.一种用于分析和测试多个自由度对象的方法(1000)，包括：
确定(1002)对象(106)的第一运动包络(142)，所述第一运动包络(142)对应于所述对象(106)的位置的运动学包络(202)，所述位置能由所述对象(106)到达；
基于所述对象(106)的所述第一运动包络(142)和第二运动包络(144)的交叉确定(1004)所述对象(106)的操作包络(146)，所述第二运动包络(144)对应于所述对象(106)的运动范围，所述运动范围受到所述对象(106)的动态运动限制的约束，所述操作包络(146)指示在所述对象(106)的操作期间所述对象(106)的运动范围；以及
基于所述操作包络(146)生成(1006)所述对象(106)的虚拟模型(150)，所述虚拟模型(150)用于对所述对象(106)的操作进行虚拟建模。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述第一运动包络(142)包括采用二分搜索算法来确定所述第一运动包络(142)。


9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，确定所述操作包络(146)包括：
将所述对象(106)的计算机辅助设计模型的最后有效位置设置(702)为原始位置，以及将所述对象(106)的所述计算机辅助设计模型的最后无效位置设置为已知的无效位置；
基于一个或多个参数定向(706)所述对象(106)的所述计算机辅助设计模型；
将所述对象(106)的所述计算机辅助设计模型的当前位置设置(708)为所述最后有效位置和所述最后无效位置之间的中间位置；基于所述当前位置以及所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·A·法尔卡斯，阿达姆·L·格里斯沃尔德，大卫·R·马哈基安，贾斯廷·姆克法特，本杰明·H·罗滕伯格，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US