(57)【要約】【課題】  柔軟物体を含む機械製品や装置の配置設計においては、柔軟物体、あるいは部品のいずれかの移動により衝突し、柔軟物体が部品に食い込んだ状態になる問題がある。また、衝突した状態から復元方向への移動時の形状算出は初期形状の算出に時間が掛かる。【解決手段】  柔軟物体と部品のいずれかの移動により前記柔軟物体と前記部品とが衝突したときの前記柔軟物体の変形形状の算出を両者の相対的な移動方向から前記部品表面上のならう面の算出により行う。【選択図】図１
2010009143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟物体と部品のいずれかの移動により前記柔軟物体と前記部品とが衝突したときの前記柔軟物体の変形した形状を算出する柔軟物体の変形形状算出方法であって、
前記柔軟物体と前記部品の相対的な移動方向から前記部品表面上のならう面の算出により前記柔軟物体の衝突による変形形状を算出することを特徴とする柔軟物体の変形形状算出方法。
【請求項２】
請求項１記載の前記部品と前記柔軟物体が衝突から離れる相対的移動方向での前記柔軟物体の変形形状算出は、前記相対的移動方向が衝突方向に移動した時の前記柔軟物体と前記部品の相対的な位置と変形形状のデータを使用して前記柔軟物体の衝突による変形形状を算出することを特徴とする請求項１記載の柔軟物体の変形形状算出方法。
【請求項３】
請求項１記載の変形形状算出は前記柔軟物体をバネマス系で表現し、前記バネマス系の質点位置から前記部品表面上のならう面を算出して行うことを特徴とする請求項１記載の柔軟物体の変形形状算出方法。
【請求項４】
請求項１記載のならう面は、
前記柔軟物体が前記部品と干渉した位置を算出し、
前記干渉位置を含む干渉面を算出し、
前記干渉面の法線方向と前記部品の移動方向がなす角度を算出し、
前記算出角度が９０度以下の前記干渉面を衝突面と判定し、
前記衝突面をならう面とすることを特徴とする請求項１記載の柔軟物体の変形形状算出方法。
【請求項５】
請求項１記載のならう面の算出から前記衝突による変形形状の算出は、
前記部品内部にある前記柔軟物体の前記バネマス系の質点を検出し、
前記部品内部の質点を前記ならう面の法線方向の外部に移動して算出することを特徴とする請求項１記載の柔軟物体の変形形状算出方法。
【請求項６】
柔軟物体と部品のいずれかの移動により前記柔軟物体と前記部品とが衝突したときの前記柔軟物体の変形した形状を算出する柔軟物体の変形形状を算出するプログラムであって、
前記プログラムは、
前記柔軟物体と前記部品の相対的な移動方向から前記部品表面上のならう面の算出により前記柔軟物体の衝突による変形形状を算出する手順を実現することを特徴とする柔軟物体の変形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および機械部品の３次元モデルにおける柔軟物体の形状算出に係り、柔軟物体または部品の移動により柔軟物体と部品が衝突したときに、柔軟物体が部品の表面に沿うように変形したならい形状を算出する柔軟物体の変形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。また、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結合部の移動に従って柔軟物体の形状が変化する。このため、柔軟物体と部品が衝突した場合、柔軟物体が部品に食い込まないように部品の表面に沿った柔軟物体の形状を算出し、変形後の形状を認識・確認して配置などの設計を行う必要がある。
【０００３】
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。また、部品モデルとハーネスモデルが移動中に衝突したとき、ハーネスモデルが部品モデルの表面に沿う形への変形をならい変形とする。
【０００４】
柔軟物体と剛体の位置関係を算出する技術として、仮想空間内に外力により変形を生じない剛体と外力により変形する柔軟体部品の像を形成し、仮想空間内で剛体と柔軟部品が相互に干渉しないように剛体部品の位置を決定する技術が知られている。（特許文献１）
【特許文献１】特開２００２−７３７０１号公報  図９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Ｎ個の質点と（Ｎ−１）個のバネのバネマス系で表現する。ここで、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））のバネとする。各質点には重力やバネ力がかかる。落ちついた力の釣り合い状態を運動方程式により算出し、柔軟物体の形状を算出する。
【０００５】
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。
【０００６】
また、ハーネスモデルの形状算出にはバネマス法や有限要素法、エネルギー最小化法などが使われるが、これらの方法はいずれも初期形状を必要とする。
【０００７】
図１０はハーネスモデルと部品モデルの接近によるハーネスモデルのならい変形を説明する図である。１）変形前の形状、２）衝突状態、３）ならい変形を示し、ハーネスモデルと部品モデルの接近・衝突からのならい変形を示している。
１）変形前の形状
ハーネスモデル、部品モデルが離れた状態にあり、柔軟物体の変形前の１つの形状である。この状態から例えば、部品モデルが移動しハーネスモデルに衝突する。
２）衝突状態
衝突により部品モデルにハーネスモデルが食い込んだ状態を示している。ハーネスモデルの形状は衝突を考慮していないので、食い込んだ状態は実際のハーネスの形状と異なっているので、ハーネスモデルの形状算出は衝突した状態は避けて行う必要がある。
３）ならい変形
ここでは、ハーネスモデルが部品モデルの表面に沿って変形したならい変形を示している。
【０００８】
図１１はハーネスモデルのならい変形が不定な場合の例を示す図である。１）衝突状態、２）ならい変形１、３）ならい変形２を示し、部品表面が複雑な場合、ハーネスモデルを移動させる方向によるならい変形の変化を示している。このため、移動方向を適切に決める必要があり、部品の移動量を小さくして衝突直後の状態を検出して形状算出の初期形状とすれば良いが、移動回数が多くなるため計算に時間がかる。
【０００９】
柔軟物体と剛体の位置関係を算出する技術として、仮想空間内に外力により変形を生じない剛体と外力により変形する柔軟体部品の像を形成し、仮想空間内で剛体と柔軟部品が相互に干渉しないように剛体部品の位置を決定する技術が知られている。（特許文献１）
【特許文献１】特開２００２−７３７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ハーネスを含む機械製品や装置の配置設計においては、柔軟物体、あるいは部品の移動により衝突し、柔軟物体が部品に食い込んだ状態になる場合がある。ならい変形を算出するためには食い込んだ部分を部品外部に移動させるため、移動方向を決める必要があり、特に、部品表面が複雑な場合、移動させる方向によりならい形状が変わるので移動方向を適切に決める必要がある。また、衝突した状態から復元方向への移動時の形状算出は初期形状の算出に時間が掛かる。
【００１１】
本発明は、柔軟物体、あるいは部品を移動し、衝突した場合の柔軟物体の変形形状算出において、両者の相対的移動方向から変形形状を算出して演算量を削減する柔軟物体の変形形状算出方法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】
【００１２】
柔軟物体と部品のいずれかの移動により前記柔軟物体と前記部品とが衝突したときの柔軟物体の変形形状の算出を、柔軟物体と部品の衝突面と移動方向の角度で判断し、部品に食い込んだ柔軟物体のバネマス系の質点を衝突面の法線方向の外部に移動したならう面の算出により変形形状を算出する。また、衝突から離れる場合の初期形状は衝突方向に移動する場合の変形形状のデータを活用して演算量を削減する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、柔軟物体や部品の移動による衝突で変形した柔軟物体の変形形状を両者の相対的移動方向から部品表面のならう面の算出により行うので、算出の運動方程式の演算量を削減でき、また衝突状態から離れる場合の変形形状は衝突方向への移動時の形状データを活用することにより変形形状算出の初期形状を効率よく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施例１）
先ず始めに機械や装置の設計でのハーネスモデルと部品モデルの配置設計を説明する。
【００１５】
図７はハーネス配置設計の空間イメージを示す図である。３次元空間を便宜的に長方形の平面で表現し、３次元モデル空間上に部品を配置して配置を行う。ここでは複数の部品とハーネスの配置として空間内の点Ｈｓと点Ｈｅにハーネスを固定する状態を示している。固定は通常両端点で行い、ハーネス及び部品との関係により、場合によっては中間点でも固定する。
【００１６】
図８は部品の３次元モデルとその表現を示す図である。
【００１７】
ポリゴンデータを使用して部品を３次元形状と３次元位置で表わす。ポリゴン（ｐｏｌｙｇｏｎ）とは３次元コンピュータグラフィクス等において、三角形の組み合わせで物体の表面を表現する場合の各三角形要素を指す。直方体と円柱の例を示す。
ア．直方体の例：頂点位置をＶｉ０（Ｘｉ０，Ｙｉ０，Ｚｉ０）、Ｖｉ１（Ｘｉ１，Ｙｉ１，Ｚｉ１）、Ｖｉ２（Ｘｉ２，Ｙｉ２，Ｚｉ２）  （ｉ=１〜Ｌ）で表す。直方体の場合の三角形の数は１２となる。
イ．円柱の例：頂点位置をＶｉ０（Ｘｉ０，Ｙｉ０，Ｚｉ０）、Ｖｉ１（Ｘｉ１，Ｙｉ１，Ｚｉ１）、Ｖｉ２（Ｘｉ２，Ｙｉ２，Ｚｉ２）（ｉ=１〜Ｌ）で表す。
【００１８】
数Ｌは分割数が多くなるとポリゴン数が増大するため、ハーネス配置上の部品とハーネス条件の大きさから定まる精度から決めれば良い。
【００１９】
このように部品モデルを表現することにより前述したハーネスモデルと部品モデルの移動による衝突状態、ならい状態を３次元空間上の位置座標で認識できる。
【００２０】
図１はハーネスモデルのならい変形算出の基本手順を示す図である。３次元モデル上で部品モデルを移動し、ハーネスモデルの形状が部品の表面に沿ったならい変形を算出する。
Ｓ１：解析対象のハーネスモデルと部品モデルを３次元モデル空間に設定し、移動する部品の移動量Ｄ（初期値、変化量Δ、最終位置）を設定する。
部品：部品を３次元モデルでの部品モデルで表現する。
ハーネス：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））で表現する。
【００２１】
なお、変化量Δ、最終値はここでは、固定量を設定したが、移動毎の結果を判断して変化量（移動方向を含む）、移動の終了を判断することが考えられる。
Ｓ２：移動する部品を初期値分移動する。（移動量Ｄ）
Ｓ３：部品とハーネスモデル間での干渉の有無を確認する。干渉の有無判断は３次元空間での部品モデルの座標位置とハーネスモデルの質点の座標位置で行う。
Ｓ４：干渉がある場合はＳ７に進み、無い場合はＳ５に進む。
Ｓ５：移動量Ｄ＝Ｄ+Δを変更する。変更はここでは固定Δとして説明する。
Ｓ６：移動量が最終位置を越えているか確認し、超えている場合はＳ１１に進み、そうでない場合はＳ７に進む。
Ｓ７：部品表面上で干渉している面を検出する。
Ｓ８：干渉面の法線方向と移動方向のなす角度を算出し、角度が９０度以下の面を選択する。
Ｓ９：部品内部にあるハーネスモデルの質点を検出し、この質点を選択した面の外部の最短方向に移動する。移動については図２で説明する。
Ｓ１０：運動方程式を立てハーネスモデルの釣り合い状態を算出し、ならい形状を求め終了する。
Ｓ１１：一時移動を保留し、配置設計者が判断する。
【００２２】
図２はハーネスモデルと部品モデルが衝突した場合の質点の移動方向を説明する図である。部品モデルの移動により衝突し、部品モデルに食い込んだハーネスモデルの質点の移動について示している。
【００２３】
部品とハーネスの干渉を検出した場合、まず、部品モデルの干渉した位置を求め、干渉部分を含む面（干渉面）を求める。部品モデルは前述したように平面の多面体で表現されるので、干渉面からは法線を得ることができる。部品の移動方向と法線方向から、方向ベクトルの角度を求め、その角度が９０度以下であれば移動によって衝突した面と判断し、その面の外部に最短距離移動する。これにより運動方程式によりハーネスモデルのならい変形の算出が可能となる。
【００２４】
ここでは、ハーネスモデルの質点（ｉ−１）、質点ｉ、質点（ｉ+１）のうち、質点ｉが衝突している。干渉面として干渉面１と干渉面２があり、その法線方向は法線方向１、法線方向２である。このうち部品の移動方向との角度が９０度以下の移動方向を選択する。ここでは、干渉面１が９０度以下（ここでは同じ方向の０度である。）の干渉面１の外部の最短位置に質点ｉを移動する。これによりバネ力のエネルギーが高くなるので他の質点と併せ運動方程式を立て釣り合い状態を計算してならい変形を算出する。
【００２５】
図３は衝突方向及び衝突から離れる場合の変形形状算出の考え方を説明する図である。１）衝突方向への移動、２）衝突と反対方向への移動を示し、衝突状態から離れる場合のならい変形の算出を衝突方向への移動時の形状を活用して衝突状態から離れる場合の形状算出の方法の考え方を説明する図である。
１）衝突方向への移動
部品モデルが移動（ア．イ．の状態）後のならい変形（ウ．）を図１の手順で算出する。この時移動量と変形形状を記憶しておき、衝突状態から離れる場合の形状算出に使用する。
２）衝突状と反対方向へ移動
既に衝突した状態（カの状態）から部品モデルを離す方向（逆方向）に移動し、ハーネスモデルが復元された状態（クの状態）を示している。衝突から離れる場合の初期形状は干渉位置と運動方程式により算出できるが、干渉位置の算出に計算が掛かる。このため、１）の衝突方向へ移動している状態での部品モデルの移動量と変形のデータを使い衝突状態から離れる場合の形状を算出する。
【００２６】
次に衝突状態から離れる場合を含めたならい形状算出の手順について説明する。
【００２７】
図４はハーネスモデルの変形形状算出手順を示す図である。
Ｓ１１：解析対象のハーネスモデルと部品モデルを３次元モデル空間に設定し、移動する部品の移動量Ｄ（初期値、変化量Δ、最終位置）を設定する。
部品：部品を３次元モデルでの部品モデルで表現
ハーネス：バネマス系（質点の位置Ｐｉ、質点の質量：ｍｉ，ｉ＝１〜Ｎ、バネ係数ｋｊｊ＝１〜（Ｎ−１））で表現
Ｓ１２：移動する部品を初期値分移動する。（移動量Ｄ）
Ｓ１３：部品とハーネスモデル間での干渉の有無を確認する。干渉の有無判断は３次元空間での部品モデルの座標位置とハーネスモデルの質点位置で行う。
Ｓ１４：干渉がある場合はＳ１６に進み、無い場合はＳ１５に進む。
Ｓ１５：移動量Ｄ＝Ｄ+Δを変更し、Ｓ１３に戻る。
Ｓ１６：最初の干渉であるか確認する。干渉の有無判断は３次元空間での部品モデルの座標位置とハーネスモデルの質点位置で行う。最初の干渉の場合はＳ１７進み、そうでない場合はＳ１９に進む。
Ｓ１７：質点位置と移動量（移動量対変形データ）の初期化を行う。これにより、衝突方向が登録される。
Ｓ１８：変形形状計算１の算出を行う。（図５）
Ｓ１９：衝突方向への移動か確認し、衝突方向への移動の場合はＳ１８に進み、そうでない場合はＳ２０に進む。
Ｓ２０：変形形状計算２の算出を行う。（図６）
Ｓ２１：移動位置が最終か判断し、最終の場合は終了し、そうでな場合はＳ１３に戻る。
【００２８】
図５は変形形状計算１の算出手順を示す図である。
Ｓ３１：部品表面上で干渉している面を算出する。
Ｓ３２：干渉面の法線方向と移動方向のなす角度を算出し、角度が９０度以下の面を選択する。
Ｓ３３：部品内部にあるハーネスモデルの質点を検出し、この質点を選択した面の外部の最短方向に移動する。
Ｓ３４：他の質点と併せ運動方程式を立てハーネスモデルの釣り合い状態のならい形状を算出する。
Ｓ３５：ハーネスモデルの変形形状を算出し、質点の位置と移動量を移動量と変形データとして保持する。
【００２９】
図６は変形形状計算２の算出手順を示す図である。
Ｓ４１：保持されている移動量対変形データから移動した位置に近い位置での変形データを探索して形状データを取得する。
Ｓ４２：取得した変形データよりハーネスモデルの変形形状の質点位置を設定する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１はハーネスモデルのならい変形算出の基本手順を示す図である。
【図２】図２はハーネスモデルと部品モデルが衝突した場合の質点の移動方向を説明する図である。
【図３】図３は衝突方向及び衝突から離れる場合の変形形状算出の考え方を説明する図である。
【図４】図４はハーネスモデルの変形形状算出手順を示す図である。
【図５】図５は変形形状計算１の算出手順を示す図である。
【図６】図６は変形形状計算２の算出手順を示す図である。
【図７】図７は配置設計におけるハーネスモデルと部品モデルの空間イメージを示す図である。
【図８】図８は３次元モデルとその表現を示す図である。
【図９】図９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１０】図１０はハーネスモデルと部品モデルの接近によるハーネスモデルのならい変形を説明する図である。
【図１１】図１１はハーネスモデルのならい変形が不定な場合の例を示す図である。
【図１】
2010009143.tif 000003
【図２】
2010009143.tif 000004
【図３】
2010009143.tif 000005
【図４】
2010009143.tif 000006
【図５】
2010009143.tif 000007
【図６】
2010009143.tif 000008
【図７】
2010009143.tif 000009
【図８】
2010009143.tif 000010
【図９】
2010009143.tif 000011
【図１０】
2010009143.tif 000012
【図１１】
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