虚拟环境下的线缆装配建模技术研究

虚拟现实技术为解决线缆的优化布局及可靠性装配问题提供了一种可行的技术途径,而如何在计算机内部组织和表达线缆的模型信息、属性信息和工艺信息等相关信息是实现虚拟环境下线缆装配工艺规划要解决的首要问题。在分析虚拟环境下的线缆模型应包含管理属性、电气功能、几何结构和装配过程这四类信息的基础上;着重介绍了基于离散控制点建模思想的线缆几何结构层次化表达方法以及基于布线任务的工艺规划过程描述方法。并在自主开发的虚拟装配工艺规划系统VAPP上对相关方法和技术进行了实例验证。     

悬挂约束下线缆装配仿真建模

线缆装配是虚拟装配的重要部分.以悬挂约束状态下待装配的线缆为研究对象,利用悬链线理论推导、建立了二维线缆静态模型.在已知线缆长度和线缆两端点位置的前提下,分析了反求线缆该模型关键参数的快速算法,利用该算法,可以快速确定二维线缆模型,满足线缆装配仿真的实时要求;在此基础上,利用相应的坐标变换算法将二维线缆模型转换为适用于三维虚拟现实平台坐标系的悬挂约束下的3D线缆装配仿真模型.利用建立的线缆装配仿真模型,当线缆端点位置发生移动时,可实时获取各点坐标值,计算、刷新3D线缆装配仿真模型,实现线缆的3D线缆动态建模仿真,同时可以计算出线缆关键点的张力大小,用来指导现实中线缆的装配.     

面向虚拟装配的复杂产品装配路径规划技术研究

在对虚拟装配中的装配路径规划基本流程进行分析的基础上,指出了虚拟环境下进行装配路径规划的关键技术,并提出了基于有效采样点的装配路径优化方法,虚拟环境下基于几何约束的零件三维空间运动方法,集几何约束自动识别、交互式约束定义和位置约束为一体的混合模式的零部件精确定位方法。相关算法在自主开发的虚拟装配工艺规划软件VAPP中得到实施,并应用到航天产品的装配工艺设计中。     

虚拟装配中的零部件物理属性建模与仿真技术

虚拟装配的拟实性是影响该技术能否得到广泛应用的主要因素之一.基于物理属性的虚拟装配技术通过对物体的物理属性进行仿真和模拟,使得虚拟环境中的装配过程更接近于实际的装配过程.方法首先对基于物理属性的计算机仿真技术国内外研究现状进行了综述,在此基础上提出了基于物理属性的虚拟装配过程研究模型,给出了虚拟环境下零部件物理属性建模方法,并对虚拟环境中基于物理属性的装配过程仿真技术进行了阐述,最后结合实例对相关技术进行了初步验证.     

虚拟装配关键技术及其发展

虚拟装配技术是虚拟制造技术的关键部分,它主要实现两个层次的映射,即底层用产品虚拟模型映射了产品物理模型,顶层的虚拟装配仿真过程映射了真实的物理装配过程。虚拟装配关键技术主要包括:碰撞检测、零部件建模以及数据交换与集成、装配规划、基于约束的运动导航与精确定位、线缆管路等可变形体零件装配技术、知识的提取与应用和装配评估与验证等。文中对这些关键技术的研究现状进行了综述,并根据研究现状分析了虚拟装配技术中存在的问题以及发展趋势。     

基于虚拟装配的碰撞检测算法研究与实现

快速的碰撞检测对提高虚拟环境的真实性和增强虚拟环境的沉浸感有着至关重要的作用,而虚拟装配环境的复杂性、实时性和精确性又对碰撞检测提出了更高的要求。文中对基于虚拟装配的碰撞检测问题进行了描述,提出了面向虚拟装配的分层精确碰撞检测算法,并对该算法中的面片层碰撞检测算法和精确层检测算法进行了论述,应用结果表明该算法能够满足虚拟装配系统的实时性和精确性要求,为虚拟环境下的装配工艺规划奠定了基础。     

轿车生产线装配工艺规划的仿真系统设计

轿车生产线工艺规划是连接轿车设计与大批量生产的桥梁，为提高计算机辅助生产线装配工艺规划的质量和效率，本文在完成轿车装配工艺建模和装配序列生成的基础上，综合考虑流水线装配生产中与装配工艺规划密切相关的因素，提出建立装配流水线工艺图的仿真建模方法，设计了相应的软件包进行面向生产线的装配任务规划，直观显示任务规划结果，为工艺规划提供了有效的工具。     

虚拟装配技术的研究综述

虚拟装配是虚拟现实技术在制造业的典型应用.从虚拟装配环境、虚拟装配关键技术、虚拟装配应用系统三个方面对虚拟装配技术的研究状况进行了分析和综述.探讨了现有虚拟装配环境系统的不足,研究了两种考虑人体活动的新型虚拟装配环境系统.总结了虚拟装配各关键技术的研究和应用概况,重点分析了虚拟环境下的装配建模、约束定位、工艺规划、人机因素等技术研究状况,指出了目前面临的主要问题.最后介绍了几种最近几年出现的典型虚拟装配应用系统,并指出了将来的发展方向.     

虚拟环境下的复杂变速箱交互式装配仿真平台

为解决虚拟装配存在人机交互度、行为仿真与用户设计效果不佳等问题。以大型拖拉机变速箱为对象,研究了多碰撞体的齿轮动力学运动与行为仿真方法,提出了基于轴和面约束的多零件模型在虚拟环境中的定位方法,开发了人机交互式的虚拟环境,每帧消耗的时间约为10 ms,实现了复杂变速运动行为及其仿真。同时虚拟装配模块里配置了AR接口,可通过手式进行主动式智能虚拟装配。试验表明,系统能按照用户需求进行主动式的虚拟装配、干涉检测、学习装配知识、方案设计、提示装配错误等,为复杂变速箱的虚拟制造与装配提供了仿真平台,平台具有可扩展性。     

基于装配任务的虚拟装配工艺模型研究

面向过程的虚拟装配工艺规划系统对装配工艺模型提出了新的要求。在对虚拟装配工艺规划过程中的工艺数据进行分析的基础上，提出了产品层次装配任务链模型，该模型能有效表达虚拟装配工艺规划过程中的工艺数据，同时给出了由产品层次装配任务链模型向虚拟装配工艺模型转化方法，建立了虚拟装配工艺模型。开发了虚拟装配工艺规划系统VAPP，对研究结果进行了验证。     

面向装配工艺规划的集成式装配模型研究

虚拟装配能够有效地支持装配设计过程,提高产品可装配性。提出了面向装配工艺规划的虚拟装配体系结构,在此基础上提出了一种面向装配工艺规划的集成式装配模型,并分析了模型的信息组成、获取方式和组织结构。结合某燃料电池设计项目,在清华大学国家CIMS工程技术研究中心的虚拟装配支持系统VASS上对面向装配工艺规划的虚拟装配体系结构和集成式装配模型进行了验证。应用表明,该集成的产品装配模型能够有效支持产品装配工艺规划的全过程。     

面向虚拟装配的装配顺序规划研究

针对虚拟装配中的产品装配顺序规划问题，提出层次化装配模型，在此基础上生成产品装配层次树结构，并给出基于装配关联图的分层规划算法，进一步，分析简化简装关联图的有效途径，并通过固定顺序判据法降低装配序列组合复杂性，提高装配顺序规划的效率。     

一个虚拟装配支持系统的实现

虚拟装配是虚拟制造的核心关键技术之一。为了实现产品的虚拟装配，自主开发了虚拟装配支持系统（VASS），它能够在虚拟状态下对产品装置进行分析、仿真，实施数字化预装配，生动直观地分析、验证与改善产品的可装配性。文章介绍了该系统的总体结构，讨论了主要关键技术，如装配模型、装配顺序规划、装拆运动表达、干涉检查等。该系统已在实际项目中得到有效应用。     

发动机虚拟装配教学实验系统关键技术研究

虚拟装配技术是虚拟现实技术在设计与制造领域的重要应用。在对虚拟装配的研究现状分析和总结的基础上,对发动机虚拟装配的关键技术和虚拟装配系统的实现方法进行了分析和研究,包括基于数据手套的虚拟手操作、实时碰撞检测、装配路径和装配顺序规划等问题。并首次提出了将虚拟装配与发动机教学实验相结合的虚拟发动机装配教学实验系统的构想。最后还展示了利用发动机三维可视化虚拟装配教学实验系统完成虚拟装配操作的实例,并分析了该虚拟装配教学实验系统与传统装配相比较的优势和特点。     

基于遗传算法的机器人装配顺序规划的研究

装配顺序规划对于机器人自动装配的可行性和优化性方面起着重要作用。首先在装配工艺信息的表达、零件装配顺序的染色体表示、装配中约束的分类方法方面进行了研究，并提出将不同类型的约束在遗传算法的不同阶段予以考虑。针对装配零件顺序规划和优化中的具体要求，对遗传算法作了改进，在传统的遗传算法步骤中增加了一个静态约束检测步骤。仿真结果表明该方法是有效的，为机器人自动装配中的装配顺序的自动生成提供技术支持。     

基于仿真试拆卸的夹具自动装配规划研究

针对夹具这种特殊的装配体,目前在其装配规划问题上还没有一种自动化程度高且行之有效的方法。根据夹具的结构特点,采用工程语义定义元件的功能、类型以及套件结构关系,以此为基础在优先装配方向集上进行仿真试拆卸,可得合理的拆卸顺序及各元件的拆卸方向,将拆卸顺序与方向求逆即得到合理的装配序列。该方法能自动、高效地完成夹具装配规划,同时确保装配的合理性。

Abstract：

In recent researches, an automatic and efficient way to solve the assembly planning for fixtures is still lacking. Based on the structural characteristics of fixtures, engineering semantics is introduced to define the function, type and component-set relationship of fixture components. Through trial disassembling confined on prior direction set, reasonable disassembly sequence and directions for each component can be derived, the reversion of which leads to the feasible assembly sequence. This method not only achieves the assembly planning for fixtures automatically and efficiently, but also ensures the rationality of the planning result.