基于分层着色Petri网的增强现实装配系统建模

为弥补场景图在增强现实装配应用中的不足,提出一种将层次着色Petri网与图灵机模型结合的方法,建立了增强现实装配环境系统模型。该模型借鉴图灵机的思想,以虚拟手的手势代号及位姿矩阵作为输入,输出具体操作事件更新场景图,记录系统的当前内部状态并根据用户输入给出下一步的操作响应。相对于单一的碰撞检测方法,该方法能更好地满足增强现实装配系统的动态实时响应等性能要求。开发建立了该模型的原型系统,并通过网络状态生成图分析验证了模型实时响应的能力。     

[BIM模型与智能设计]基于时间Petri网的断路器虚拟装配系统研究

提出了一种基于时间Petri网模型的断路器自动化虚拟装配系统,采用时间约束的嵌套式Petri网模型对装配系统行为逻辑进行描述。将建立的Petri网模型中的库所、变迁与Unity 3D软件的虚拟场景中的实体对象相对应,采用时序驱动的方法在Unity 3D中对断路器自动化装配实体进行了虚拟重现。开发了基于C#函数库的虚拟装配系统数据交换引擎,可通过Wi-Fi、工业串口与外部实体实现数据交换。采用包围盒法对虚拟装配单元和零部件进行碰撞检测设计,进而实现了断路器自动化装配系统的虚拟现实仿真,并验证了该系统的可行性和有效性。     

基于层次链的产品装配过程建模方法

针对虚拟装配中装配过程模型信息表达不完整的问题,提出了一种基于层次链的产品装配过程建模方法.该方法引入装配任务和装配操作模型,通过粗粒度的装配任务与细粒度的装配操作相结合的装配过程建模,实现了虚拟装配中装配过程信息的完整性表达.该方法采用并行的装配操作,实现了对非线性装配过程的建模;引入调整零部件和拆卸零部件两种类型的装配任务,实现了对非单调装配过程的建模.此外,通过基于层次链的装配过程建模方法,实现了装配过程回溯、重做和回放等装配过程信息地管理和重用.最后自主开发了原型系统,并对相关算法进行了验证.     

基于VRML-Java3D的交互式装配可视化环境构建

为了实现基于网络的可视化虚拟装配环境,笔者研究了Java3D与VRML相结合的方法。通过Loader接口将VRML造型文件导入到Java3D场景图中,借助Java语言的事件处理模型,并结合Java3D中的Interpolator内插器对象和Alpha对象,实现交互式添加、拆卸、移动和旋转等装配过程。最后以电机中的转子装配为例,给出了一个基于VRML-Java3D的交互式装配可视化环境。     

基于时间Petri网的断路器虚拟装配系统研究

提出了一种基于时间Petri网模型的断路器自动化虚拟装配系统,采用时间约束的嵌套式Petri网模型对装配系统行为逻辑进行描述。将建立的Petri网模型中的库所、变迁与Unity 3D软件的虚拟场景中的实体对象相对应,采用时序驱动的方法在Unity 3D中对断路器自动化装配实体进行了虚拟重现。开发了基于C#函数库的虚拟装配系统数据交换引擎,可通过Wi-Fi、工业串口与外部实体实现数据交换。采用包围盒法对虚拟装配单元和零部件进行碰撞检测设计,进而实现了断路器自动化装配系统的虚拟现实仿真,并验证了该系统的可行性和有效性。     

基于连接结构知识的装配序列规划

通过分析组成装配体的零件特征,提出了连接结构的概念.采用面向对象技术,以连接结构作为装配信息的载体,对不同类型的连接结构的装配信息,采用相同的层次结构进行组织和存储.以连接结构作为基本装配单元,建立基于知识的装配Petri网模型,运用连接结构知识,构建装配Petri网模型,从而大大减少模型中的节点.在此基础上,利用Petri网点火原理,求解装配体的基于连接结构的可行装配序列.连接结构知识的引入可以降低装配序列规划的复杂性,提高装配顺序规划的效率.     

基于灰色广义随机Petri网的产品装配过程可靠性建模与分析

以产品的装配工步为研究对象,提出了基于灰色广义随机Petri网（GGSPN）的产品装配可靠性建模方法。首先,通过对装配过程中各道工步之间的装配关系分析,建立产品装配过程的GGSPN模型;其次,采用基本随机Petri网模型及其性能等价公式对GGSPN模型进行简化;再次,针对装配过程故障信息的贫信息不确定性问题,在广义随机Petri网模型的变迁激发率中引入灰数进行优化处理;然后,针对建立的产品装配过程可靠性模型,求解出用灰数表示的稳态概率并对其进行白化处理,再通过对产品装配过程的可靠性分析,提出可靠性控制的改进措施;最后,以某齿轮油泵装配过程为例,验证了该方法的可行性。     

可重构装配系统建模

提出可重构装配系统的概念，采用面向对象的知识着色时间Petri网(KTCOPN)建立可重构装配系统模型。构建装配机器人、产品传输装置、零件缓冲站的OPN图，给出能够完成某一装配工序的装配模块，模块之间通过消息驱动实现并联或串联连接，在此基础上能够快速实现装配系统的重构。     

面向装配序列规划的装配建模方法研究

为实现自动化的装配序列规划,提出了一种应用面向对象和Petri网技术定义的产品装配模型.该模型由静态模型和动态模型构成.基于模型定义,提出了局部装配可行性的判定依据,并据此建立了一种基于静态模型的动态模型构造算法.该算法通过逐层分析可能状态的变迁,最终获得装配体所有几何可行的装配序列.通过实例验证了该建模方法的有效性.     

虚拟现实环境下交互式船舶装配序列规划研究

针对传统装配序列规划方法解空间大、模型简单的问题,提出了应用虚拟现实技术解决船舶装配序列规划问题的方法。该方法分为虚拟拆卸和方案评价两个阶段,分析了虚拟装配平台上进行虚拟拆卸的基本流程和关键技术——虚拟环境下的实体模型表达和基于装配约束的运动导航。建立了船舶装配序列评价模型,确定了零件重量、装配时间、装配稳定性和装配过程难度等面向手工装配的评价指标。最后,用某船舶机舱区域的规划实例进行了验证,结果表明该方法生成的装配序列对实际船舶装配生产具有指导作用。     

基于Unity3D的机械产品拆装系统在手机终端的实现

为了提高机械产品在装配设计、结构设计和培训等方面的效率,介绍一种以Unity3D引擎为工具,基于虚拟现实技术,可在智能手机上流畅运行的机械产品拆装系统。首先,将三维模型从专业设计软件导入到3DMax中,简化零件模型的面数,构建场景模型; 其次,在Unity3D中设计World Space交互菜单,提供简洁友好的虚拟交互方式,通过C#语言,在智能手机上实现双目立体视觉、陀螺仪头部跟踪、交互外设适配及控制和角色控制器; 最后,以二级减速器为例,在智能手机上实现拆装展示。实验结果表明,该系统人机交互性能良好,具有高度的沉浸感,可以满足机械产品虚拟拆装的需求。     

沉浸式虚拟装配仿真技术研究

提出了一种基于多体动力学计算引擎的虚拟装配仿真框架,并对该仿真框架涉及的多面体近似凸集分解算法、并行碰撞检测、仿真场景构建、仿真模型定义与处理等关键技术进行了研究。基于该仿真框架,维修装配人员可以完全沉浸在虚拟装配环境中,采用数据手套、光学跟踪器和其他虚拟外设与装配零部件进行交互,从而体验真实的维修装配感觉,达到装配维修训练与试装配的目的。最后,在一个多人沉浸式虚拟现实硬件平台下开发虚拟维修装配仿真原型系统,以齿轮箱的拆装作为实例,验证了该仿真框架的有效性,为装配操作人员提供了一种优良的沉浸式用户操作界面。     

基于遗传算法的产品装配序列规划研究

为解决产品实际装配过程装配序列规划的问题,建立了描述装配过程中零部件间装配关系的几何干涉关系矩阵。设计了以装配换向次数、装配工具更换次数、装配体稳定性和基础件位置为目标函数的遗传算法,并改进了该遗传算法相应的交叉算子、变异算子和适应度函数,以确保算法的有效性。在初始种群生成时,输入由DELMIA软件虚拟拆卸得到的几何可行装配序列,改善种群的组成成份。将该遗传算法应用于某链轮的装配序列规划中,验证了该算法的有效性。     

CAD系统与虚拟装配系统间的信息集成技术研究

针对商品化计算机辅助设计系统与虚拟装配系统间的数据转换问题,提出了一种虚拟装配环境下的零件信息层次表达结构模型,该模型由面片层、几何层、特征层和零件层组成;给出了虚拟装配环境下零件信息模型的重构方法,通过对计算机辅助设计系统中零件信息的提取和虚拟装配环境中零件信息的重构,较好地解决了商品化计算机辅助设计系统与虚拟装配系统之间的数据集成问题;建立了虚拟装配原型系统,验证了研究结果的可行性。     

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。     

面向印刷机械的虚拟装配系统研究与开发

分析了虚拟装配系统的功能结构，建立了基于配合特征的集成装配模型，采用几何推理和装配知识相结合的方法进行装配序列规划，实现了三维环境下的交互式装配工艺规划与仿真。最后，给出了该系统在某输纸机构装配中的应用实例。     

基于VRML的机械产品虚拟装配技术研究

简要介绍了VRML语言定义、特点,阐述了机械零部件虚拟建模方法。对虚拟装配流程进行分析,并对产品装/拆运动的表示形式、虚拟装配路径规划及逻辑控制、虚拟装配过程中的碰撞检测方法等关键技术进行了研究,提出了产品装/拆运动12元组表示形式。最后,通过对机械产品交互式虚拟装配进行实例仿真,验证了该技术的可行性和合理性。     

面向序列规划的装配工艺APS树模型生成的研究

分析了现有装配序列规划方法和装配序列表达模型的缺陷，提出了一种合理的装配工艺APS树模型，并用这种模型表达非线性的装配序列。利用产品功能结构树和零部件的信息，采用基于装配关系图分割的几何推理和基于规则的知识推理的方法来简化工艺子装配体的识别，以此生成装配结构树。然后，利用装配知识判定子装配体的装配优先约束关系，提高由装配结构树生成装配工艺APS树的效率。最后，基于装配结构树，通过不断添加数据节点和关系节点，自上而下分层规划，从而生成产品的装配工艺APS树。     

基于约束解除的装配序列并行化优化

为了提高产品装配的效率，提高装配序列的并行性，提出了基于约束解除和简化配合关联图的装配序列并行优化方法。给出了装配效率的评价指标一并行性评价因子的数学模型。将模糊逻辑用于装配约束的量化过程，通过约束归约方法将无约束条件下可自由运动零件的自身约束与零件间通过点、线、面之间几何约束关系所表达的装配约束进行求交，建立零件间的等价约束评价值即联接度，联接度概念的提出清晰地表达了配合关联图中的薄弱环节；在此基础上，建立装配体的赋权配合关联图，并根据联接度值的大小对零件间的虚联接进行简化，给出了一个基于阈值的追求装配最高并发度的配合关联图分解与重组策略，实现了装配序列并行优化，并通过实例说明了该算法的有效性。