虚拟原型技术及其在控制系统设计中的应用

虚拟原型技术是当前设计、制造领域中的一个新技术。数字式的虚拟原型机交在很多场合替代物理原型机的使用,大大缩短设计周期,节约设计经费。本文具体分析虚拟原型在控制系统设计中的应用,阐述构筑虚拟原型机所需的应用技术。在控制系统设计中,虚拟原型机可以分成三个层次,分别完成控制律的设计,控制软件的开发和控制系统的定型验证的任务。     

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。     

IP虚拟原型的设计与实现

参照美国劳伦斯国家实验室(LBNL)VINT虚拟网络测试平台的设计思想，从教学的角度提出了IP虚拟原型机的实现方法。按照Rational统一过程，使用可视化的UML建模语言，对系统的需求、分析、设计、实现、测试各阶段进行了详尽的描述，建立了许多网络元素的虚拟原型,IP虚拟原型机没有象VINT等专业化虚拟测试平台一样使用专用的数据格式，而是采用了通用的数据报格式和封装方法。本文还实现了异构网络中数据报分片重组功能，并建立了相应的虚拟原型。最后，我们通过同VINT的实验结果的比较验证了IP虚拟原型机的正确性；并在此基础上，用IP虚拟原型机作实验平台对数据报分片重组的一些结论进行了验证。     

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。     

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.     

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.     

VEADAM:一个异地协同虚拟设计和虚拟制造系统

VEADAM是一个异地协同虚拟设计和虚拟制造系统：面向航天某型产品的工程研制需要，利用虚拟现实技术，研究和实现一个异地协同的产品设计、虚拟装配和虚拟制造的环境，使各部门协同合作，减少产品研制的周期和成本。VEADAM第一阶段主要研究面向航天某型产品的虚拟装配，包括框架结构、pro/E与虚拟环境的信息转换、约束关系、协同调度、多通道人机交互等，实验初步说明该系统具有应用价值。     

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。     

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。     

产品装配虚拟现实技术及应用

介绍了产品装配的虚拟现实技术。建立了集成桌面虚拟现实环境。开发了产品装配的虚拟现实系统,包括系统的体系结构、人机交互界面和系统功能模块的开发、装配仿真及与装配有关的结构分析结果的虚拟显示等。     

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。     

虚拟环境下线缆建模及装配规划技术的研究

线缆的装配规划是一个复杂的问题．分析了线缆建模及其装配规划的特殊性，并指出了现有CAD线缆建模与布线工具的局限性。根据虚拟环境的特点，提出了线缆离散控制点建模技术，将线缆简化成由一系列截面中心点相连而形成的空间连续折线段。在实验室以前工作的基础上，研究和开发了虚拟环境下的线缆装配规划模块，并介绍了该模块的层次结构。     

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。     

面向虚拟装配的CAD模型转换接口的研究与实现

针对虚拟装配系统中CAD模型数据转换的问题,提出了虚拟产品装配模型的层次化表达结构;开发了基于中性文件的模型转换接口,并对中性文件的结构、内容和形式以及虚拟环境下模型的重构进行了较深入的探讨。     

分布式协同虚拟环境的体系结构研究

结合当前的技术发展和面临的实际需求，分析了分布式协同虚拟环境的概念，发展现状和应用前景，详细讨论了它的功能特点，体系结构，性能要求以及关键技术，最后介绍了一个支持先进分布仿真技术和虚拟样机技术的分布式协同虚拟环境原型系统－－AST＿DCVE。