基于约束的虚拟装配技术研究

为了实现基于约束的虚拟装配操作,给出了虚拟环境中装配约束的统一表达方法,以及约束与自由度的等价关系和运动自由度的归约等,提出了一套虚拟装配中的约束处理算法。首先,利用装配关系自动识别算法,判断两个零件几何约束元素之间的位姿关系是否在给定的误差范围内;其次,使用定位求解算法,使主动体零件在满足已经确认约束的基础上,以最小的位姿调整量满足新约束;最后,提出了基于广义坐标系的运动导航算法,根据装配零件满足的约束对其运动进行引导。这些算法已经应用于集成虚拟装配环境的系统中,实践证明它们能很好地支持集成虚拟装配环境的约束处理,实现了虚拟装配过程与实际装配过程的高度统一。     

虚拟装配环境下运动副自动识别方法

为有效地减少在装配仿真完成后进行机构运动仿真的前处理工作量,提高机构运动仿真的智能化程度,提出了一种在虚拟装配环境下面向运动仿真的机构运动副自动识别方法。通过提取虚拟装配环境下零部件间的装配约束信息,计算两个相连接零部件间所有约束的约束度,并利用计算所得的约束度自动映射出运动仿真机构中相应的运动副,为机构运动仿真中建立机构信息模型提供了基础信息。结合自主研发的原型系统虚拟装配工艺规划软件,给出了基于虚拟装配系统实现运动仿真的底层数据结构、机构模型的数据结构、信息传递过程和算法实现流程,并通过具体实例验证了方法的有效性。     

虚拟装配操作中基于语义的推理方法研究

在虚拟装配中,基于几何约束的交互装配操作与实际的工程约束不完全相符,导致与设计装配操作意图不完全一致,且装配操作不够自然、效率不高.为此,提出基于装配任务层次和装配语义识别的虚拟装配操作方法.通过装配语义的生成、识别、确认和解算,将虚拟装配系统对装配关系的识别,从约束层次提高到装配任务层次.在汽车发动机零部件的虚拟装配中的应用表明:该方法能够很好地捕捉虚拟装配过程中的用户交互意图,通过用户能够在虚拟环境中方便、准确地进行装配,使装配效率得到明显提升.     

面向虚拟装配的约束建模与装配意图捕捉技术

为保证虚拟装配操作的精度和效率,提出了一种准确高效的用户装配意图捕捉算法.给出了虚拟装配环境中约束模型的表达和建模方法,引入约束元素包围盒的概念,并提出了其构造原则及方法.将约束元素包围盒的相交测试作为装配意图捕捉算法的入口,根据约束元素和自由度之间的映射关系,提出了约束多层识别算法来判断约束元素之间的装配约束类型,并通过设置约束元素优先级和利用约束元素间的进给增量比较策略来实现约束的智能确认.最后,使用时间花费代价函数表征装配意图捕捉算法的计算效率.通过某航天产品中的装配实例验证了所提算法的有效性.     

基于同步约束解除的零件爆炸图自动生成方法

面向结构教学及维修人员培训,提出了一种基于零件几何约束关系同步解除的爆炸图自动生成方法。在定义零件拆卸轴向的基础上,建立了零件邻接拆卸约束关系矩阵及约束类型矩阵,按照可同步解除几何约束的顺序对零件进行分层,并利用判断规则识别子装配体。结合应用OBB和FDH两种包围盒,提出了一种“由外向内”的等速率分层牵引零件爆炸分离方法,实现了装配体组成零件爆炸图的自动生成。     

虚拟环境下零件约束面信息自动提取技术研究

首先对约束识别和运动导航所需零件约束面进行了分析,然后对Pro／E中表面信息存储结构进行了阐述,给出了零件约束面自动识别和约束面信息参数的自动提取算法,最后给出了应用实例,研究结果表明,这种方法可以满足装配工艺规划的需要,有效提高约束识别效率。     

虚拟环境下零件约束面信息自动提取技术研究

首先对约束识别和运动导航所需零件约束面进行了分析,然后对Pro/E中表面信息存储结构进行了阐述,给出了零件约束面自动识别和约束面信息参数的自动提取算法,最后给出了应用实例,研究结果表明,这种方法可以满足装配工艺规划的需要,有效提高约束识别效率。     

一种面向虚拟装配的分层碰撞检测方法研究

虚拟装配是数字化制造的重要组成部分，虚拟环境中的碰撞检测是进行正确装配的关键。本文提出了一种面向虚拟装配的分层碰撞检测方法，其方法利用改进的轴一致包围盒、固定方向凸包层次、装配特征匹配和约束感知对装配体进行检测，将装配工艺知识融入检测过程中，完成装配检查。其方法是有效和实用的，具有较好的实时性，能够满足装配对碰撞检测性能的要求。     

基于虚拟现实的组合夹具组装系统研究

针对计算机辅助组合夹具设计存在的问题,提出了一个基于虚拟现实的组合夹具组装系统。给出了系统的功能模型和体系结构,研究了组合夹具虚拟装配模型、虚拟环境下组合夹具元件的装配定位等关键技术和解决方案。提出了基于多视图的组合夹具虚拟装配模型,该模型便于信息表达和管理,符合虚拟环境的表达和组织原则,解决了元件重复使用问题。提出了基于模糊评判的几何约束自动识别方法,对待装配件与装配基准件的装配特征进行匹配和优化选择,实现装配操作意图的准确捕捉。应用实例表明,原型系统能够很好地支持组合夹具组装设计。     

基于约束代理的虚拟手装配研究

虚拟环境中缺少零件约束信息,从CAD系统中提取约束信息并根据虚拟装配系统的需求进行简化,采用添加约束代理实体的方法对约束信息进行表达.根据装配约束和约束代理实体的特点,三个有效的线面约束便可以对任意一个零件定位,对约束进行捕捉并对多个约束作用下零件的运动进行了分析.开发了虚拟手装配操作系统,操作人员能在约束的引导下顺利地完成产品的虚拟装配操作.     

Universal mechanism modeling method in virtual assembly environment

Motion simulation and performance analysis of mechanism are important methods for analyzing assembly quality after finishing assembly simulation in virtual assembly environment. However, most simulation systems have no function of mechanism motion simulation due to the randomicity of mechanism and lack of universal mechanism modeling method. In order to realize the simulation of any mechanism after finishing assembly simulation in a virtual environment, a new universal mechanism modeling method is presented. Two main models are contained in the mechanism model: information model and mathematical model. Firstly, the information model of mechanism is proposed to describe the data structure of mechanism which contains bottom geometry data, information of constraint, link, kinematic pair and physical data. Because the object of mechanism simulation is the assembly, which is assembled during the process of assembly simulation, the information of mechanism can be obtained automatically through mechanism automatic search method. Secondly, mathematical model of mechanism is presented. The mathematical model uses mathematical method to express the mechanism. In order to realize the automatic expression of any random mechanism, basic constraint library is presented, consequently random mechanism can be described based on the basic constraint library. Finally, two examples are introduced to validate the method in the prototype system named VAPP(Virtual Assembly Process Planning). The validation result shows that the mechanism modeling provides a universal modeling method for mechanism motion simulation in virtual assembly environment. This research has important effect on the development both of mechanism motion simulation and virtual assembly.     

Research on constraint-based virtual assembly technologies

To realize a constraint-based virtual assembly operation, the unified representations of the assembly constraint, the equivalent relation between the constraint and the degree of freedom (DOF), and the movement DOF reduction in a virtual environment are proposed. Several algorithms about the constraint treatment are submitted. First, the automatic recognition algorithm based on the assembly relation is used to determine the position and orientation relation between two geometry elements of constraint whether they meet the given errors. Second, to satisfy the new constraint, according to the positing solving algorithm, the position and orientation of an active part are modified with minimal adjustment after the part has satisfied the affirmed constraints. Finally, the algorithm of movement navigation based on the generalized coordinate system is put forward, and the part movement is guided. These algorithms have been applied to the integrated virtual assembly environment (IVAE) system. Experiments have indicated that these algorithms have well supported constraint treatments in the IVAE and realized the closer combination of the virtual and the real assembly processes. Translated from Computer Integrated Manufacturing Systems, 2006, 12(3): 413–419 [译自: 计算机集成制造系统]     

参数化设计中约束的自动识别

通过分析零件图中尺寸约束和图形元素之间的拓朴关系，提出约束自动识别算法。     

机器人轴孔装配状态的分析

利用旋量理论和虚功法对机器人装配过程点接触、面接触的力约束进行理论分析。以轴孔装配为例 ,得出了判断接触状态的条件 ,并设计了仿真算法。从分析中可以看出 ,旋量法比常规的几何方法简洁 ,可用来分析接触状态     

基于立体视觉的空间非合作航天器相对位姿自主测量

本文提出一种基于立体视觉的空间非合作航天器相对位姿自主测量方法,用以解决在轨捕获中非合作航天器的相对位姿测量问题。该方法以航天器本体和星箭对接环作为识别特征,识别过程无需人员参与;同时,提出一种基于空间几何约束的特征匹配方法,运用空间几何约束引导匹配,在完成匹配的同时可直接获取特征的三维信息,实现特征匹配与重构的一体化;最后,利用空间向量对非合作航天器的相对位姿参数进行解算,充分利用冗余信息,以提高解算精度。实验结果表明,在航天器本体尺寸为280mm、相对距离为2m的条件下,本文方法的姿态测量误差小于1.5°,位置测量误差小于4mm,能够满足空间非合作航天器在轨捕获的相对位姿测量要求。     

基于约束关系网的膜片离合器装配设计缺陷辨识与最优修正

提出了机械产品装配设计参数与其约束判定函数的关联方法,研究了装配约束关系网中节点的数据结构,给出了装配约束关系网的构建方法,描述了装配约束关系网的禁忌表访问方式,在此基础上提出了基于装配约束关系网的装配设计缺陷的辨识模型与方法。从装配约束关系网中的设计缺陷节点出发,以约束路径的权值之和为目标函数,采用蚁群算法对装配设计缺陷的修正路径进行了优化。以膜片离合器的装配设计为实例进行了装配设计缺陷的辨识与修正,结果表明,提出的装配设计缺陷辨识模型与修正方法不仅能够快速辨识出装配设计缺陷,而且能够有效地提高装配设计缺陷的修正质量和效率。     

一种基于区域立体匹配算法的实现及改进

在立体视觉中,立体匹配是立体视觉中算法中最重要也是最难的部分。如何更快更精确的建立两幅图像的匹配基元之间的对应关系,以及解决区域匹配算法计算量大等缺点,一直是立体匹配中的热点。文中首先将图象进行外极线校正,在此基础上,采用一种隐含约束条件结合唯一性约束条件的单向匹配算法(SMP算法),完成了初次匹配及初次去除伪匹配,再采用一种伪极线约束条件,对得到的匹配对进行二次去除伪匹配,最后,对得到的视差图进行插值运算,提高了匹配精度。另外,在匹配过程中,通过Box滤波加速方法,减少了计算匹配窗口相似性的复杂度,缩短了程序运行时间,可以满足系统对实时性的要求。     

集成化虚拟装配工艺规划系统研究

在分析虚拟装配工艺规划技术特点的基础上，提出一个实用的集成化虚拟装配工艺规划系统，介绍了虚拟装配工艺规划系统的体系结构及其基本工作流程，并对虚拟产品装配模型、装配过程中知识辅助决策、装配现场工艺可视化等虚拟装配工艺规划系统的关键技术进行了论述。虚拟装配工艺规划系统已在航天产品的装配工艺设计中得到试用，取得了良好效果。