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龙图腾网获悉西安交通大学申请的专利一种复杂结构起重臂的物理仿真模拟方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114660958B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-10发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210423049.2，技术领域涉及：G05B17/02；该发明授权一种复杂结构起重臂的物理仿真模拟方法是由郑帅;杨天;吕白;洪军设计研发完成，并于2022-04-21向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种复杂结构起重臂的物理仿真模拟方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种复杂结构起重臂的物理仿真模拟方法，包括：1使用基于四元数的复合旋转处理方法对吊臂的多自由度复合运动进行仿真模拟；2吊臂的旋转或位移会导致所依附的刚性绳索的摆荡，使用基于PBD以及过程化网格生成方法对刚性绳索仿真模拟方法；3绳索的摆动引起绳索所垂吊物体的运动，使用基于刚体的模拟方法对绳索底部依附物体进行仿真模拟。本发明在满足物理模拟效果要求的基础上，极大的提高了方法在时间和空间上的效率，可以满足实时渲染类软件应用对于实时性的要求。

本发明授权一种复杂结构起重臂的物理仿真模拟方法在权利要求书中公布了：1.一种复杂结构起重臂的物理仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤： 1使用基于四元数的复合旋转处理方法对吊臂的多自由度复合运动进行仿真模拟，具体包括如下实现方法： 1.1根据起重机实物模型构建仿真平台的起重机模型，起重臂模型的网格由多个子网格组合而成，多个子网格在仿真平台中基于不同的世界空间下的位移和旋转组合为整体的起重臂模型； 1.2初始化吊臂各小臂及其支撑臂在世界空间中的位置旋转及缩放信息，在初始化模型位置时使用不同的位移矩阵和旋转矩阵进行初始化，保证大小臂及支撑臂的网格模型在转化到世界空间中后有着正确的接合关系，若使用向量表示网格i在世界空间中的位置，则网格i各顶点坐标为T*vj，其中vj为网格i的第j个顶点的局部坐标，T为3行3列的位移矩阵，其值为使用四元数处理模型的旋转，以四元数表示网格i绕任意旋转轴旋转θ度，则网格i的各顶点在旋转后的坐标为R*vj，E为3行3列的旋转矩阵，其值为其中，使用四元数处理旋转后在进行物理模拟计算旋转时存储4个浮点数，即四元数的四个分量； 1.3设置起重臂各部分网格模型的层级关系，设起重臂整体、大臂、小臂、支撑臂大臂、支撑臂小臂的局部坐标和旋转分别为pi,qi,i＝0,1,2,3,4，则在层级关系中，起重臂各部分在世界空间下的位移和旋转为 1.4读取外部设备的输入信号并转换为起重臂各部分的位移增量或旋转增量；对于大臂的旋转输入信号RotateSpeed∈[-1,1]，更新大臂的旋转其中为大臂的旋转轴，Δt为每两帧之间的渲染时间间隔，qold为上一帧时大臂的旋转；对于小臂的伸缩位移输入信号TranslateSpeed∈[-1,1]，更新小臂的位置pnew＝pold+Δt×TranslateSpeed×Direction，其中，Direction为小臂伸缩变化的方向； 1.5根据大臂的旋转更新支撑臂的旋转，在旋转前支撑臂大臂与起重臂底盘的夹角为β1、支撑臂小臂与大臂的夹角为α1，在旋转后这两个角度分别更新为β2、α2；支撑臂大臂的局部旋转其中qold为旋转操作前支撑臂大臂的局部旋转、为支撑臂大臂的旋转轴；支撑臂小臂的局部旋转其中qold为旋转操作前支撑臂小的局部旋转、为支撑臂小臂的旋转轴；根据在层级关系中局部空间坐标和旋转与在世界空间中的坐标旋转关系，即可得到支撑臂在世界空间下新的坐标和旋转值； 2吊臂的旋转或位移会导致所依附的刚性绳索的摆荡，使用基于PBD以及过程化网格生成方法对刚性绳索仿真模拟方法，具体包括如下实现方法： 2.1确定世界空间下绳索的起始位置，以p1、p2、p3、p4为起始点，向下方向生成i个点，记为 2.2使用PBD方法对点pjk进行约束；PBD方法过程包括：以单独粒子的方式模拟系统中每个质点的受力运动情况；以某几种约束量对系统中的所有粒子进行约束；更新系统中所有粒子的位置； 当粒子当前距离小于阈值时，PBD方法将驱使粒子向能够使得它们之间距离更大的方向移动，当粒子距离大于阈值时，将驱使粒子向能够使得它们之间距离更小的方向移动，故此处所使用的约束为位置更新函数为： 解之可得位置更新函数分别为： 对于包含多个粒子的系统而言，遍历系统每一对相邻的粒子并更新其位置即可，伪代码描述如下： fork＝0,1,2,…,i foreveryedgee＝{m,n} 或者使用Jacobi方法得到全局更优解，伪代码描述如下： 2.3对2.2中的顶点集进行曲线拟合，使用catmull-rom样条曲线方法进行拟合，得到曲线； 2.4基于2.3中曲线上各点的世界坐标、法线及切线、以三角形为基本图元进行过程化网格生成，得到生成的三维网格模型； 3绳索的摆动引起绳索所垂吊物体的运动，使用基于刚体的模拟方法对绳索底部依附物体进行仿真模拟。

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