虚拟装配仿真平台的研究与实现

虚拟装配是虚拟现实领域中一个新的研究方向。本文从虚拟现实技术的角度出发,讨论了在设计一个虚拟装配平台时所要涉及到的一些关键技术和解决办法,包括虚拟装配平台的装配关系表示、装配对象管理、实时碰撞检测等问题。最后本文还展示了用该原型系统完成虚拟装配操作的一个实例并分析了该系统有等进一步完善之处。     

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V代码的虚拟装备仿真研究

从数控加工的G代码中得到启发,设计并实现了一种虚拟仿真的V代码,对V代码进行了定义,开发了V代码的生成工具,分析了基于V代码的装备仿真流程,以太阳电池PECVD装备为应用实例,进行了基于V代码的虚拟仿真验证,结果表明基于V代码的虚拟装备仿真实用准确,仿真效果良好。使用V代码可以方便地编辑装备仿真中的运动方案,灵活地控制仿真过程的进行;仿真程序中预编译的V代码模块,可以增强仿真程序的结构性,提高程序的执行效率。     

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。     

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。     

保障场景中装备可控可视化的关键技术研究

由于某些装备造价高、危险性大,以及被保障装备启封后寿命将大幅降低等情况,因此培训技术人员时很少利用实际装备进行反复练习。将虚拟现实技术应用其中,可以很好地解决这一问题。保障装备的可控可视化就是基于Creator软件的层次建模技术,建立了部分保障装备的三维可视化模型。通过Matlab对运动路线的拟合,实现了部分装备的特定路径运动方式。以Vega和VC 为软件开发平台,对模型各节点进行相关属性的定义,实现了部分装备的部件操控等简要功能。     

三轴高精度虚拟仿真转台研究

提出了三轴虚拟仿真转台系统的基本体系结构及其功能特点。文中着重阐述了虚拟仿真转台系统中的PDIVL，CAD，CAE技术、数据引擎、虚拟装配技术和虚拟样机等技术'同时详细论述了虚拟仿真转台系统的运行方式以及功能结构，其中包括基于PDM技术加以开发、设计转台机械结构并进行图纸管理和生产过程管理；运用OpenGL动画技术和虚拟装配理论实现模型的动态装配；运用虚拟样机技术实现了转台系统的机械结构模型与复杂控制模型的联合分析，实时调节与优化机械结构或控制率来提高系统的机械与控制性能，极大缩短真实转台系统的开发周期。     

汽车交互虚拟装配中的工具与设备操作仿真

工具和设备是交互虚拟装配仿真的重要组成部分,在用于辅助装配工艺规划时尤为重要。由于装配工具和设备在结构和操作功能上复杂多样,在交互式虚拟装配仿真中工具和设备的操作仿真一直是个热点问题。在对汽车装配中的交互操作进行分析的基础上,首先对虚拟装配工具和设备的功能需求进行定义;建立虚拟装配工具与设备的统一模型,该模型能用于表达各类装配工具和设备的结构、功能和操作方式;随后研究并解决了手动、半自动、自动工具的一般操作流程和关键操作方法;最后将所建立的模型和相关方法应用于某型汽车的总装工位交互操作仿真中。结果表明：虚拟装配工具与设备模型及操作方法能够支持交互式虚拟装配操作仿真中的三类典型装配工具表达与操作。

Abstract：

Tools and equipments play an important role in the simulation of virtual assembly,especially in the assembly process simulation and plan.Because of variety in function and complexity in structure and manipulation,the simulation of tools and equipments remains to be a challenge for interactive assembly operation.Based on analysis of details and characteristics of interactive operations for automobile assembly,the functional requirement for tools and equipments of automobile assembly was given.Then,a unified modeling method for information expression and function realization of general tools and equipments was represented,and the handling methods of manual,semi-automatic,automatic tools and equipments were discussed.Finally,the application in assembly simulation of rear suspension and front suspension of an automobile was given.The result shows that the modeling and handling methods are applicable in the interactive simulation of various tools and equipments,and can also be used for supporting assembly process planning in virtual environment.     

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.     

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。     

航空装备虚拟维修训练仿真模型快速开发技术

以飞机虚拟维修训练的实际应用为需求,分析了飞机虚拟维修训练仿真模型基本开发流程和技术手段,解决了开展大规模工程推广应用中的技术瓶颈.针对维修训练仿真模型开发效率低、更新困难等突出问题,提出了支搿大规模工程应用的快速开发流程,并对支撑虚拟维修训练仿算模型快速开发的维修任务建模、仿真模型装配、仿真模型更新3项关键技术的原理...     

基于DCOM的支持虚拟样机的仿真工具分布交互的研究与实现

分布环境下不同领域之间的仿真工具的交互是实现虚拟样机（VP）支撑环境的关键技术。采用DCOM的ActiveX/Automation技术是解决分布应用交互的有效途径。本文基于DCOM技术，研究并提出了控制领域与机械仿真工具的集成方案。结合轿车虚拟产品开发的应用背景，实现了Matlab与VisualNastran的分布交互。     

支持虚拟样机的协同仿真平台关键技术研究

为了支持虚拟样机开发环境中不同领域，分布，异构的仿真系统间的信息共享和互操作，提高协同仿真平台的可扩展性和灵活性，提出了灵巧产品模型建模，协同仿真资源库集成管理方案和协同环境运行框架，并具体说明了基于DCOM的仿真工具协同的关键实现技术，支持仿真联邦管理的数据库设计和CORBA的应用实现技术，通过轿车虚拟开发的初步应用实践，基于上述研究所开发的平台能有效支持复杂产品的虚拟开发。     

虚拟座舱实时视景仿真系统的设计与实现

本文首先阐述了虚拟现实技术在虚拟座舱视景仿真领域的应用，并通过三维可视数据库对物体及地形场景进行了建模，然后利用实时开发应用程序对场景动画进行驱动，最后实现了虚拟座舱的实时视景仿真系统。该系统可以完全满足虚拟座舱实时性的要求，为研究座舱仿真系统的视景实时生成问题提出了新的解决方案。     

基于Petri网的虚拟装配环境交互管理模型研究

对设计者交互操作的准确理解和快速响应,是提高虚拟装配的可操作性和实用性的关键问题.定义了一种层次时间有色Petri网(HTCPN),并以此为工具建立了虚拟装配环境下的交互管理模型.该模型以设计者操纵数据手套的位姿变换信息、对象间的碰撞检测信息以及装配约束识别信息作为输入,运行后输出具体的操作事件实现设计者在虚拟装配环境中的浏览、移动零部件、装配和拆卸调整等一系列交互操作活动.实践证明该模型满足了虚拟环境的实时和并发等动态性能要求,实现了虚拟装配过程中大量离散事件的处理及操作意图的响应.     

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.     

虚拟装配中基于数据手套的虚拟操作研究

在虚拟装配中,采用数据手套对虚拟物体进行虚拟操作,是进行虚拟装配的重要手段。首先给出了数据手套的虚拟操作流程,探讨了虚拟操作中存在的三个关键技术问题碰撞检测问题、手的穿透限制问题、手的抓取和拖放问题。然后对这三种关键技术逐项进行了剖析,并在此基础上给出了具体的解决算法面向对象的基于包围盒的碰撞检测算法、基于面片的穿透限制算法和抓取与拖放算法。最后构建了虚拟装配试验系统对这几种解决方案进行了验证。这几种算法能够保证虚拟装配系统的实时性和真实性,较好地解决了虚拟操作中存在的问题。     

新型指控通信装备仿真训练系统设计与实现

新型指控通信装备仿真训练系统在显示终端上模拟出与实装完全一致的电台和指控软件交互界面,并在导调控制分系统的管理控制下,通过语音通信网和指控信息网进行话音与数据信息的传输。该系统在训练教室里利用有线局域网模拟了无线战术互联网,构建了指控通信装备从单装基础训练到部队成建制成系统联网组训的一体化训练体系,实现了单装、分队、机关、部队各个层次的专业技能训练和战术模拟训练,满足了数字化部队实际训练需求,节省了训练经费,军事和经济效益显著。     

面向电力变压器虚拟装配的多感官融合交互方法

虚拟装配技术旨在真实还原设备和物理场景,在真实环境中人们可以通过视觉、听觉、触觉等多种感官与物理世界进行信息交互。针对已有虚拟装配系统的真实感受限于单一感官人机交互方式的问题,提出一种多感官融合的信息交互方法,以提升沉浸感和操作性。提出一种在待装配体零部件体积差异性大的情况下的改进八叉树AABB包围盒碰撞检测算法,提升计算精度的同时极大减少计算量。实验结果表明：该方法在提高操作性和沉浸感方面有优越性。