(57)【要約】【課題】柔軟物体を移動し、変形操作した時の柔軟物体の形状算出に必要な初期形状は算出したい形状（柔軟物体がその位置において安定した状態）に近くないと、計算に時間がかかる。  【解決手段】  設定した強制移動する柔軟物体の質点の移動により影響を受け移動する柔軟物体の被影響質点の移動位置の予測を行い、強制移動質点の移動位置、被影響位置の予測移動位置を柔軟物体の初期形状として柔軟物体の変形操作による形状を運動方程式により算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形操作した柔軟物体の形状を算出する方法であって、
前記柔軟物体の一部を変形して強制移動する位置とその移動量の設定を行い、
前記強制移動位置の移動により前記強制移動位置以外で影響を受け移動する前記柔軟物体の被影響位置の移動位置の予測を行い、
前記強制移動位置の移動位置と前記被影響位置の予測移動位置を初期形状として前記柔軟物体の変形操作による前記柔軟物体の形状を算出することを特徴とする柔軟物体の形状算出方法。
【請求項２】
請求項１記載の前記被影響位置の移動位置予測は、前記強制移動位置の移動量と前記被影響位置の移動量を基に予測移動位置を算出することを特徴とする請求項１記載の柔軟物体の形状算出方法。
【請求項３】
請求項１記載の前記被影響位置の移動位置予測は、前記強制移動位置の時系列の移動量を基に前記被影響位置の移動位置を予測することを特徴とする請求項１記載の柔軟物体の形状算出方法。
【請求項４】
請求項１記載の形状算出は前記柔軟物体をバネマス系で表現して行い、
前記強制移動位置及び前記被影響位置の設定は前記表現したバネマス系の質点位置で行うことを特徴とする請求項１記載の柔軟物体の形状算出方法。
【請求項５】
請求項２記載の前記被影響位置の移動位置予測は、前記被影響位置と前記強制移動位置との距離に反比例した位置に前記被影響位置の移動位置を予測することを特徴とする請求項２記載の柔軟物体の形状算出方法。
【請求項６】
変形操作した柔軟物体の形状を算出するプログラムであって、
前記プログラムは、
操作者より入力された柔軟物体の形状と変形して移動する強制移動位置とその移動量より、
前記強制移動位置の移動により前記強制移動位置以外で影響を受け移動する前記柔軟物体の被影響位置の移動位置の予測を行う手順と、
前記強制移動位置の移動位置と前記被影響位置の予測移動位置の形状を初期形状として前記柔軟物体の変形操作による前記柔軟物体の形状を算出する手順と、
を実現することを特徴とする柔軟物体の形状算出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハーネスなどの柔軟物体の３次元モデルにおける形状算出に係り、特に柔軟物体の一部を移動して変形操作した時の柔軟物体の形状算出方法及びプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械製品や装置には、ワイヤ、ハーネス、ケーブルなどの柔軟物体が組み込まれており、設計では、柔軟物体と、他の剛体などの部品を３次元モデル上に配置し、それらの位置、間隔を調整しながら配置設計を行う。以下では柔軟物体をハーネスと表現し、ハーネスの３次元形状モデルをハーネスモデルと表現する。一方、機械製品や装置の柔軟物体以外の剛体等の部品の３次元形状モデルを部品モデルと表現する。
【０００３】
機械製品や装置の配置設計においては、柔軟物体の一部を動かす、あるいは柔軟物体との結合部を有する構成部品が移動した時に結合部の移動に従って柔軟物体の形状が変化する。この変形操作後の形状を認識・確認して配置などの設計を行う必要がある。
【０００４】
線状材で構成されたワイヤ様構造物の形状特性、拘束条件を与え、ワイヤ様構造物を強制変位させた場合の予測形状を有限要素法により算出することが知られている。（特許文献１）その他、ハーネスの形状算出方法として、バネマスモデル化法やエネルギー最小化法などがある。しかしながら、これらの方法はいずれも初期形状を必要とし、初期形状が算出したい形状（柔軟物体がその位置において安定した状態）に近いほど、高速に計算できる。そのため、形状算出の演算工数は初期形状に大きく依存し、初期形状がハーネスモデルの形状算出に重要である。
【０００５】
先ず始めに設計対象のバネマス系での表現について説明する。バネマス系は質量を有する質点とその間を接続するバネで物体を表現し解析を行うものである。
【０００６】
図４はバネマス系でのハーネスモデルの表現を示す図である。設計対象の柔軟物体をバネバス系で表現する。ここではハーネスモデルをＮ個の質点と（Ｎ−１）個のバネとで表現し、各質点の質量をｍｉ（ｉ＝１〜Ｎ）、その位置をＰｉ（ｉ＝１〜Ｎ）として質点ｉ（ｍｉ，Ｐｉ）と、その間をバネ係数ｋｉ（ｉ＝１〜（Ｎ−１））のバネで表現する。各質点には重力やバネ力がかかり、安定状態に落ち着いた状態を運動方程式により質点の位置を算出し、柔軟物体の形状を算出する。
【０００７】
以下ではバネマス系で表したハーネスモデルの形状算出をバネマス法と表現する。バネマス法での変形操作に対する形状算出は、ハーネスモデルの１つの形状（質点とその位置）と、変形操作して移動する質点とその移動量を設定し、その形状を初期値として、ハーネスモデルが釣り合い状態になるまで運動方程式による形状算出演算を繰り返し行い算出する。釣り合い状態は、特定の点を固定（例えば、両端点を固定）して、一つの位置、例えば空中に置いた場合の形状である。
【０００８】
図５は従来のバネマス系のハーネスモデルの初期形状算出手順を示す図である。１）変形操作前の形状、２）変形操作の設定、３）変形操作時の初期形状、４）変形操作後の形状算出を示している。
１）変形操作前の形状
１つの位置に置かれたＮ個の質点（ｍｉ，Ｐｉ）と（Ｎー１）個のバネ（バネ力ｋｊ）で表されたハーネスモデルである。ここでは、質点１と質点Ｎを固定しハーネスを空中に置いた状態とする。
２）変形操作の設定
変形操作により移動する質点とその移動位置（移動量）を設定する。ここでは端の質点Ｎを移動量「ｄ」移動する変形操作を行う。
３）変形操作時の初期形状
変形操作により移動する質点の移動先の位置と、残り質点は変形前の位置で定まる形状を初期形状とする。ここでは、移動する端点Ｎは移動量「ｄ」を移動した位置に設定し、端Ｎ以外の質点は変形前の質点位置にある。
４）変形操作後のハーネスモデルの形状算出
３）で設定したハーネスモデルの質点とその位置を初期形状として、運動方程式により変形操作後の釣り合い状態の形状を算出する。３）で設定した初期形状は釣り合い状態の形状とは大いに異なるため運動方程式での形状算出に時間を要する。
【特許文献１】特開２００４−１３９９７４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ハーネスモデルを移動し、変形操作した時のハーネスモデルの形状算出に必要な初期形状は算出したい形状（柔軟物体がその位置において安定した状態）に近くないと、計算に時間がかかる問題がある。
【００１０】
本発明は、バネマス法による柔軟物体の変形操作後のハーネス形状算出において、演算量を削減し効率良くハーネスモデルの形状算出を行う形状算出方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
設定した柔軟物体の強制移動する質点の移動位置及び強制移動する質点の移動により影響を受け移動する質点の予測移動位置を柔軟物体の初期形状として運動方程式により柔軟物体の変形操作による形状を算出する。柔軟物体はバネマス系で表現し、初期位置、強制移動位置、被影響移動位置の各位置はバネマス系の質点とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、柔軟物体の強制移動質点の位置と予測した被影響質点の位置で定まる形状は変形操作後の形状に近い形状となり、この形状を運動方程式の初期値として変形操作による柔軟物体の釣り合い状態の形状を算出するので、釣り合い状態になるまでの繰り返し回数を削減でき、形状算出時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施例１）
図１はハーネスモデルの予測初期形状算出手順を示す図である。
Ｓ１：ハーネスモデルをバネマス系（質点数＝Ｎ，質点の位置＝Ｐｉ，質点の質量＝ｍｉ，ｉ＝１〜Ｎ／バネ係数ｋｊ，ｊ＝１〜（Ｎ−１））で表現し、以下を設定する。
ア．変形操作前の形状（質点とその位置）の設定
イ．ハーネスモデルの変形操作として移動する質点（以下、強制移動質点と表現）とその移動量（ベクトル）の設定
Ｓ２：強制移動質点の移動により影響を受け移動する質点（以下、被影響質点と表現）の移動位置を予測算出する。被影響質点の予測移動位置の算出ついては後述する。（図２、図３）
Ｓ３：強制移動質点とその移動位置、被影響質点とその予測移動位置を初期値として運動方程式によりハーネスモデルの形状を算出する。
【００１４】
図２はハーネスモデルの変形操作とその予測初期形状算出（その１）を示す図である。１）変形操作前の形状、２）変形操作の設定、３）強制移動質点に対応した被影響質点の移動位置予測、４）変形操作後の予測初期形状を示す。
１）変形操作前の形状
ハーネスを１つの位置に置き、バネマス系で表現する。ここではＮ個の質点（その質量ｍｉその位置ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ））と（Ｎー１）個のバネのバネマス系で表されたハーネスモデルの質点１と質点Ｎを固定し、ハーネスを空中に置いた状態とする。
２）変形操作の設定
変形操作により移動する強制移動質点とその移動位置（移動量）を設定する。ここでは端の質点Ｎを移動量「ｄ」移動する変形操作を行う。
３）強制移動質点に対応した被影響質点の移動位置予測
強制移動質点の移動により影響を受け移動する被影響質点の移動位置（移動量）を予測する。ここでは、強制移動質点Ｎから影響を受ける被影響質点の移動量「ｄｉ」（ｉ＝１〜（Ｎ−1））を、例えば（式１）で示す移動量（ベクトル）とする。これは強制移動質点Ｎに近い程影響を受け移動量を多くする。
【００１５】
【数１】
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４）変形操作後の予測初期形状
変形操作後のハーネスの形状の算出の運動方程式に与える初期値（初期形状）であり、３）に示した点線で表された形状を予測初期形状である。
【００１６】
この予測初期形状を初期値として運動方程式に入力しハーネスモデルの釣り合い状態の形状を算出する。
【００１７】
図３はハーネスモデルの変形操作とその予測初期形状算出（その２）を示す図である。  配置設計においては、変形操作は繰り返して実行される。１）一次変形操作、２）二次変形操作を示し、二次変形操作時に一次変形操作による結果を活用する方法を示している。
１）一次変形操作
ア．バネマスモデルの端点Ｎを「ｄａ」移動する変形操作を行う。
イ．運動方程式により一次変形操作後のハーネスモデルの形状を算出する。強制移動質点とその移動量（ここでは質点Ｎが「ｄａ」移動）に対し、被影響質点の変形前の位置と形状算出後の位置より移動量ｄａｉ（ｉ＝１〜（Ｎ−１））を保持する。
２）二次変形操作
一次変形操作による形状算出結果よりさらに移動させた二次変形操作を設定する。ここでは質点Ｎが「ｄｂ」移動した場合を示している。
ア．二次変形操作により強制移動質点に対し、被影響質点の移動予測を行う。保持してある一次変形操作による形状算出結果より二次変形操作により強制移動質点とその移動量を取得する。
イ．二次変形操作により強制移動質点の移動量と一次変形操作による移動量より影響を受ける被影響質点（質点ｉの予測移動量＝ｄｉ）の予測移動量を例えば、（式２）で行う。ここでは質点ｊが強制移動質点である。また、Ｆ（ｘ）はｘを変数とする関数であり、ハーネスモデルの形状、材料特性、拘束条件等により関数Ｆ（ｘ）を設定する。すなわち、二次変形操作が一次変形操作の強制移動質点と異なる質点を移動する場合、あるいは強制移動による影響で移動する質点を問わず以前の変形操作により移動した質点の移動量を活用する。
【００１８】
【数２】
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同一質点を移動させた場合は、例えば、端点Ｎを移動量「ｄｂ」移動した場合の被影響質点の予測移動量は（式３）となる。
【００１９】
【数３】
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上記二変形操作による強制移動質点の位置、影響を受ける被影響質点の位置を基に運動方程式により二次変形操作後の形状を算出する。各質点の一次変形操作による移動量と二次変形操作による移動量の相関性は高いので、一次変形操作の形状算出結果を二次変形操作での移動量として活用することにより効率良く運動方程式の演算量を削減できる。
【００２０】
変形操作は必要により変形操作を繰り返し行う場合、各質点の以前の移動量を評価して以降の変形操作時の移動量として選択する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１はハーネスモデルの予測初期形状算出手順を示す図である。
【図２】図２はハーネスモデルの変形操作とその予測初期形状算出（その１）を示す図である。
【図３】図３はハーネスモデルの変形操作とその予測初期形状算出（その２）を示す図である。
【図４】図４はバネマス系でのハーネスモデルの表現を示す図である。
【図５】図５は従来のバネマス系でのハーネスモデルの形状算出手順を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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