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。     

装配仿真系统中装配运动引导方法研究

针对在交互式装配过程中零件模型如何精确定位问题，提出了一种基于零件装配特征、体素特征信息的装配运动引导方法，介绍了该方法的设计思想，给出了该方法在装配仿真系统中的实现流程。并对特征信息的获取、装配意图自动捕捉、受约束运动的实现、碰撞检测、装配约束的建立等实现该方法的关键技术进行了较为详细的论述。     

基于工程语义的装配顺序快速规划与评估

在交互式获取零件装配所需工程语义信息的基础上,构建了可反映装配体各元件间空间制约关系及相关性的全局优先约束矩阵(Precedence Constraint Matrix,PCM),由此推导了完备可行的装配顺序集,并根据用户选择的不同评价准则对可行装配顺序规划进行优化评估,推荐最优装配方案.最后,以实例验证了研究成果的正确性与实用性.     

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。     

基于OpenGL仿真的装配机器人离线编程系统

简述了用于环保压缩机装配线上的装配机器人。在对机器人运动学分析基础上，基于OpenGL实现了对装配机器人的仿真，便于装配机器人工作时进行轨迹规划。而且开发了环保压缩机装配机器人的离线编程系统，使用性能优良。操作界面友好，成为机器人系统实际应用的有力工具。     

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。     

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。     

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。     

虚拟装配中的装配约束实现技术研究

结合虚拟装配中对装配约束实现的需求,以实际装配过程中常用的面与面之间的装配约束为例,阐述了虚拟装配中的装配约束实现流程,给出了虚拟环境下装配约束的定位求解过程,即通过姿态求解和位置求解确定零部件的空间目标位姿。同时给出了装配约束归约准则表以及归约结果的准确表达形式,并提出了在约束空间下对零部件的空间位姿调整算法,解决了多约束下自由度的计算问题以及零部件的调整问题,使虚拟装配中的零部件装配过程更加符合实际,操作更加方便。开发了原型系统虚拟装配工艺规划软件VAPP,对提出的算法进行了验证。     

面向虚拟装配的框架数据模型研究

为了解决虚拟装配系统中装配意图的捕获、零件模型的精确定位等问题,提出一种框架数据模型。将典型装配过程性知识封装到过程框架中,将蕴藏在零件模型B-rep中的工程信息封装到特征框架中,框架实例对象同产品层、显示层中的数据对象一起构成框架数据模型。应用结果表明,数据模型不仅满足了装配信息完整性和虚拟现实实时性的要求,而且帮助解决了上述问题。     

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。     

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。     

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.     

用多能工应对需求波动的混流装配线平衡问题

在混流装配线中,需求波动会造成工位负荷的变化并可能产生过载,利用多能工协助装配是解决过载问题的常见方法.多能工的引入会改变装配线平衡的约束,同时平衡方案也会影响应对需求波动所需的多能工数量,然而现有的平衡研究还没有讨论过多能工带来的影响.本文研究了使用多能工应对需求变化的混装线平衡问题,决策者需要决定多能工和普通工人的数量及任务分配.以最小化人工成本并满足不同情境的需求.文章建立了数学模型,分析了问题的复杂性和成本下界,并提出了启发式和精确算法来求解,最后使用数值实验证明了算法的有效性.