基于工具工装集成的三维装配仿真场景布局系统

机械产品、工具、工装在三维装配仿真场景中布局是装配过程仿真验证的前提,针对虚拟环境下装配模型的信息完整性和模型数据的易管理性,采用具有装配特征的数据模型,建立树形的装配组织结构,将装配特征与零件,工具、工装与产品互相关联。为了产品、工具、工装相互位置的精确定义与布局,采用实时拾取这些对象的装配特征,同时解析装配特征的几何数据,满足场景布局操作快速简便、实时性高、易于修改的需求。产生的三维场景文件将用于后续工具,工装集成的三维装配仿真与验证。开发的原型系统验证方法的实用性。     

装配工位仿真中虚拟工具的研究与应用

为了实现虚拟工具的装配操作，首先根据操作方式以及自动化程度把工具分成自动工具、半自动工具和手动工具三类，在虚拟环境下建立装配工具库，提出了包含显示模型、碰撞模型、逻辑模型的虚拟工具表达方式；其次根据工具的类型，实现了虚拟环境下使用各类工具对零件的装配过程，包括虚拟工具与操作对象的定位以及操作对象与待装配体的装配过程；最后以汽车发动机装配线的工位规划为例，验证了所述方法的正确性和有效性。     

具有视觉和力觉反馈的虚拟装配

在虚拟装配中，要使人们对装配对象和装配环境获得全面、逼真、自然的认识，除了视觉信息外，还应提供触觉、力觉等信息。在实现人与虚拟环境之间的视觉和力觉交互方面进行了初步尝试，通过建立虚拟对象的仿真模型和虚拟与现实世界之间的交互模型，利用常见的商用软件构造了虚拟装配环境和虚拟装配对象，研制和开发了二维力觉交互装置——力反馈鼠标，并通过实例进行了人与虚拟环境之间视觉和力觉交互的验证实验。     

微装配机器人系统

研制一种具备多操作手协调工作的微装配机器人系统,该系统包括两个4自由度的主微操作手和一个3自由度的辅助微操作手,并采用双光路正交显微视觉作为获取机器人和微对象的位姿与环境信息的主要手段.为适应不同形状和材质微目标的操作需要,分别设计真空和压电陶瓷两类微夹钳,以微夹钳工作原理分析为基础,给出微夹钳的控制依据.就显微图像获取和视觉伺服等问题进行研究,包括基于维纳滤波的模糊图像逆滤波器复原,基于图像分析的显微镜自动调焦,以及基于距离和角度图像特征的显微视觉伺服控制等.以人机交互的半自主方式控制机器人进行微装配作业.装配结果表明,系统工作可靠,能够完成具有复杂工艺要求的微装配任务,目前微零件最小装配精度可达30 μm.     

基于视觉的微马达转子引线自动化装配研究

将转子线圈的线头焊接到焊盘上是微马达制造的重要工序,由于操作对象的特殊性,线头焊接全部采用人工在显微镜下操作完成,人工焊接成本高、效率低、产品一致性差.针对这些问题,提出了一种基于视觉的微马达转子导线自动焊接方法,利用视觉自适应调整微马达的位姿.另外,采用气流定位法对转子导线进行定位,并分析了因位置和姿态调整产生耦合而...     

基于虚拟现实和仿生算法的装配序列优化

针对自动装配规划和交互式规划都存在不足,将虚拟现实和仿生算法结合起来,提出一种生成优化装配序列的新方法.建立基于几何约束的虚拟装配环境,在该环境中根据经验和知识进行交互式拆卸,定义优先约束表来表达零件间的优先约束关系.应用蚁群算法规划出初始优化的装配顺序,再在虚拟环境下进行仿真、评价和优化,考虑装配位置可达性和工具操作等因素,识别新的优先约束和评价准则,重新规划出更优的装配顺序,不断反复和完善,直到得到满意的最佳装配顺序为止.通过实例验证该方法有效性.     

基于UG发动机虚拟装配仿真分析

虚拟装配仿真是在虚拟环境中,利用虚拟现实技术,对设计发动机零部件三维模型进行虚拟装配、分析、评价以及规划等操作,最终实现发动机可达性和可装配性。以某小型船用发动机为研究对象,基于设计的发动机零部件模型,利用UG软件对此发动机虚拟装配过程进行仿真,通过可视化技术和数字技术对装配过程动画进行编辑,实现装配工艺三维可视化以及可视化教学培训。     

一种用于微器件装配的系统设计与研制

首先概述了国内外微装配系统的研究现状,在分析微装配系统的特点和功能需求基础上,提出一种基于计算机视觉伺服控制的微装配系统设计方案,详细描述了系统中精密三维微定位工作台、SMA微夹持作业工具以及视觉伺服控制系统等关键技术的解决方案,并以直径为几百微米级的典型微轴孔的装配为目标开展各项关键技术的试验研究.     

基于机器视觉的微装配控制策略及软件架构

微装配是制造由不同材料组成的复杂微系统关键技术。本文针对装配控制和软件架构等微装配实用化的重要环节开展研究。对微装配具体需求、工作流程、人机交互方式进行了分析,建立一种基于显微机器视觉的微装配平台,提出先看—后动的微装配控制模式,建立了包含任务层、策略层和行为层的控制分层架构。围绕软件可复用性,对软件部分的核心类和类之间关系进行了分析,主要采用面向对象的聚集关系构造任务层和策略层中的类,最终实现了微装配控制系统软件。利用本系统对由6个无人工标记点的微型零部件组成的系统进行了微装配实验,采用工具显微镜对所装配的微系统关键技术指标进行了测量和对比分析。实验结果表明：自动装配与手动装配的同轴度误差平均值相近,而对称度误差平均值有改善,自动装配的各项指标不确定度误差均明显优于手动装配结果,提高了所装配的微系统互换性。利用本文建立的基于机器视觉的控制方法可以有效地对复杂微系统进行装配,基于分层架构建模和开发的软件具有较高的人机交互性、鲁棒性和可复用性。     

虚拟装配工艺规划实现技术研究

对虚拟环境下的产品装配工艺规划进行了研究,分析虚拟环境下面向集成的装配工艺规划系统结构。对虚拟装配工艺规划的三个核心问题(装配模型、装配序列规划和装配路径规划)进行描述,提出虚拟环境下面向工艺设计的产品装配模型总体结构。给出虚拟环境下装配约束关系的识别方法,实现了零部件基于约束的三维空间导航运动。建立原型系统,能够为虚拟环境下的装配工艺规划奠定基础。     

基于显微镜聚焦的微装配视觉伺服研究

利用显微镜聚焦理论,沿显微镜光轴方向移动物体,不断计算图像的灰度变化之和,可判断出物体沿光轴的坐标,将这一坐标集成在伺服控制方程中,可完成立体视觉跟踪。这样,采用单目视觉系统就可以获得物体的三维坐标,避免了双目立体视觉系统的复杂结构。为了提高系统图像处理速度,利用卡尔曼滤波器对跟踪的特征点进行预测,并用窗口处理技术减小图像处理区域。实验和仿真结果表明,上述方法可完成复杂微装配的视觉跟踪,系统有好的实时性。     

虚拟现实技术中的物体表示方法的研究

虚拟现实技术当中动态的三维图形显示处理是一个核心问题,柔性体在虚拟环境中不同时刻的位置和形状变化的动态三维显示更是难点的问题,针对这些问题,文章研究了刚性体和柔性体的建模方法,探论了如何对柔性物体的外形进行控制,并提出了柔性物体在虚拟现实系统中的显示方法。结果表明这种方法比较接近于现实中的情况。     

纹理触觉再现技术的研究现状及发展

物体一个非常重要的触觉特征是它具有表面纹理信息,人们可以通过触摸物体获得这种感觉.在虚拟现实或遥操作领域,将虚拟的或远地的物体的纹理信息再现并作用于操作者手部,不仅可以增强系统的临场感,而且可以帮助操作者识别不同特性的虚拟物体.触觉再现技术近几年已成为虚拟现实和遥操作领域研究的前沿技术,文中介绍了当今世界上仅有的几种可以再现纹理触觉的方法,并比较他们各自的优缺点.最后,指出纹理触觉再现技术的发展思路.     

Cooperative manipulation of a virtual object by multiple remote users

In this paper, we explore the issues of force display in the cooperative virtual environment shared by multiple users distributed over the network with heterogeneous hardware platforms. The proposed method is to cope with the problem of small time delay and the difference of sampling rate in the distributed configuration. In the proposed approach the interaction forces of the participants are just treated as the independent sources of acceleration. Thus the action of a participant simply changes the acceleration of the virtual object and consequently the states of the virtual object will be updated. When the updated states are reported to all the participants, the information on the time of state changes is delivered, too. Employing the discrete state information updated by the other users, each user modifies his own virtual environment and pseudo-realtime simulation can be realized. Excluding the software interface and the communication technique, it is proposed the simulation method for the operation of respective users and the way of calculating the driving input to the display device. For experimental verification we construct a cooperative virtual environment shared by two remote users and outline the results of experiments.     

Note: A novel integrated microforce measurement system for plane-plane contact research

The evaluation of plane-plane contact force has become a big issue in micro-/nano research, for example in microassembly. However with the lack of effective experimental equipments, the research on plane-plane contact has been limited to theoretical formulations or virtual simulation. In this paper, a microforce sensor and precision parallel robot integrated system is proposed for the microforce measurement of plane-plane contact. In the proposed system, the two objects are fixed on the parallel robot end-platform and the microforce sensor probe tip, respectively, and the high precision robot system is employed to provide six degree-of-freedom motions between both objects. So it is convenient for the microforce measurement between the planar objects with different orientations. As a significant application, the proposed system is utilized for measurements of pull-off force between planar objects, in which the validation of the system is demonstrated in practice. The proposed microforce measurement system is generic, which can be extended to a variety of microforce measurements in plane-plane contact.     

Hand gesture-based tangible interactions for manipulating virtual objects in a mixed reality environment

In the environment of mixed reality (MR) or augmented reality (AR), there have been several previous works dealing with user interfaces for manipulating and interacting with virtual objects aimed at improving immersive feeling and natural interaction. However, it is still considered that there must be much progress in supporting human behavior-like interactions for providing control efficiency and natural feeling in MR/AR environments. This paper proposes a tangible interaction method by combining the advantages of soft interactions such as hand gesture and MR and hard interactions such as vibro-tactile feedback. One of the main goals is to provide more natural interaction interfaces similar to the manipulation task in the real world by utilizing hand gesture-based tangible interactions. It also provides multimodal interfaces by adopting the vibro-tactile feedback and tangible interaction for the virtual object manipulation. Thus, it can make users get more immersive and natural feeling in the manipulation and interaction with virtual objects. Furthermore, it provides an alternative instruction guideline based on the analysis of the previous interaction while manipulating virtual objects, which makes it possible for the user to minimize manipulation errors during the interaction phase and the learning process, which guides the user to the right direction. We will show the effectiveness and advantage of the proposed approach by demonstrating several implementation results.     

A modeiing approach for designing a value chain of virtual enterprise

As the advent of digital economy changes business environment dramatically, virtual enterprise (VE), in general the interactions among business partners in a value chain, has become a key factor to survive under the competitive business environment. VE reveals that more complex and dynamic business processes should be considered as assembled service components in order to integrate the collaborative business processes. Therefore, a formal standard schema for describing and managing the business processes is required. In this paper, we propose a consistent modeling approach that combines enterprise modeling and simulation modeling to design a value chain of a VE. This methodology will provide designers with insight into the business processes of a VE and help identify and resolve unpredictable bottlenecks on the execution of virtual business processes. This paper also illustrates an implemented modeling tool which is based on the generalized model suggested by the working group of the international conference on enterprise integration and modeling technology (ICEIMT) and notations by the object management group (OMG)’s unified modeling language (UML) profile for enterprise distributed object computing (EDOC).     

可寻址光线屏蔽机制光学透视式增强现实显示系统研究

传统的光学透视式头盔硅示器存在不能正确显示虚拟物体和真实环境之间的遮挡关系和光强度匹配关系的问题，无法实现虚拟物体与真实环境的融合显示。针对传统光学透视式头盔显示器的特点，本文设计了一种新型的光学透视式头盔显示系统，引入可寻址光线屏蔽机制，使用灰度液晶作为可寻址的光学滤光器重新设计光学透视式头盔显示器，同时嵌入智能光调制机制，呵以实现增强现实显示中虚实物体的相互遮挡和光强匹配，同时解决了人眼观察虚拟图像和外界景物时眼睛聚焦不同的问题，实现虚拟物体与真实环境图像的融合显示。     

微装配的若干关键技术

随着微机电系统的快速发展,对微装配技术的需求日益迫切。详细地综述了近年来微装配技术发展的几个主要方面,包括微装配机理、视觉伺服微装配的结构、微夹持器等等。最后对微装配的发展方向进行了讨论。