集成虚拟装配环境中的多约束导航技术研究

提出一种基于增量驱动和归约原理的多约束导航解算方法,该方法采用FOB的相对位姿变化量来驱动虚拟手、基于归约原理求解多约束运动导航,并将此方法应用于集成虚拟装配系统(IVAE)。实例表明,该方法能有效地处理FOB与虚拟手的位姿分离以及多约束作用下的运动导航问题。     

基于粒子滤波的自动装配定位方法

为了在虚拟环境中对零件模型进行快速自动定位并仿真实际装配过程,将传统的粒子滤波算法与典型的马尔科夫蒙特卡洛方法—MH抽样算法相结合,并应用于虚拟装配。利用随机样本描述零件位姿的概率分布,根据重要性函数对零件进行位姿采样。通过调节各采样粒子权值的大小对发生干涉的零件进行位姿重采样,模拟实际装配中零件位姿的概率分布,并以样本的加权计算结果对零件位姿进行估计。分析了采样粒子数、零件外形复杂程度等因素对方法性能和装配效率的影响。该方法已经用于自主开发的基于自然交互的虚拟设计平台,实例表明它可以自动精确地完成装配引导。     

虚拟环境下产品装配技术的研究与实现

为实现装配过程在虚拟环境中的映射 ,开发了一套虚拟装配系统 ,提出了虚拟装配系统的体系结构 ,对虚拟装配关键技术———虚拟手的建模、手势的定义和切换、虚拟手和零件的运动控制、实时碰撞检测算法、精确定位算法、图形用户界面以及虚拟装配过程的记录、编辑与反演等进行了研究 ,并给出了解决方案。在包围盒和凸包分解相结合碰撞检测算法的基础上 ,提出了基于“近似约束”和“碰撞定位”相结合的零件精确定位算法 ,大大减少了运算时间 ,提高了算法的效率。提出的理论和算法已经在某型号汽车空调器的虚拟装配上获得成功应用     

基于Petri网的虚拟装配环境建模及其应用

通过分析虚拟装配环境的结构及性能,针对场景图数据结构在虚拟装配应用中的不足,定义了一种基于知识的层次对象时间Petri网,并用于建立虚拟装配环境的应用层模型。该模型以虚拟手的位姿作为输入,运行后输出具体的操作事件更新场景图,完成装配活动,以满足虚拟装配环境的实时和并发等动态性能要求,实现了虚拟装配大量离散事件的处理及装配意图的响应。给出了基于知识的层次对象时间Petri网的产品装配模型表达,不仅表达了产品结构及装配关系,同时记录零部件在装配过程中的方位及约束状态等动态信息,从而在虚拟装配环境中实现了装配与拆卸并存的实际装配活动。此外,还给出了由产品装配层次图生成的基于知识的层次对象时间Petri网装配模型的算法,说明了基于应用层模型的装配、拆卸操作以及装配过程仿真,开发了原型系统。     

面向网络的组合夹具虚拟装配技术研究

为了实现网络环境下的组合夹具虚拟装配,构建了具有五层结构的夹具元件层次信息模型,提出了一种基于层次包围盒体树的碰撞检测与装配约束交互匹配的虚拟装配技术。运用二叉树分解法划分模型空间构造层次包围盒,开发了碰撞检测算法,实现了网络环境下夹具元件的干涉检查和穿刺深度计算;通过提取夹具元件功能表面的装配约束特征,交互匹配调整其空间位姿,快速实现元件的精确定位和虚拟装配仿真。开发了组合夹具网络虚拟装配平台,通过实例验证了装配技术的可行性。该方法能满足网络虚拟装配的实时性和交互性要求,为进一步研究组合夹具异地协同组装设计奠定了基础。     

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。     

支持虚拟装配的装配约束关系信息动态生成

分析了虚拟装配规划中装配模型重构对装配约束关系信息的需求,提出了装配约束关系信息动态生成的处理技术.通过分析装配特征及装配特征信息,建立了基于装配特征的装配关系模型.将装配约束关系信息以零件为单位构建零件装配约束关系集,以子装配体内所有零件装配约束关系集为集合元素,构建子装配体装配约束关系集族.通过子装配体装配约束关系集族的"广义并集"与"广义交集"的差运算,获取子装配体与其外部零件之间的装配约束关系信息;通过子装配体或装配体的装配约束关系集族的"广义交运算",并利用装配约束二元关系的传递性,获得零件之间未定义的装配约束关系信息,从而实现装配关系模型信息的动态生成,以支持虚拟装配中装配模型的重构、装配规划和装配仿真.     

增强现实机械装配环境中装配过程的研究

分析增强现实装配中虚实零件装配过程。研究虚实装配方式、运动路径规划、装配中碰撞检测和力反馈输出。通过规划虚拟零件运动路径,采用六自由度运动方式实现虚实相对运动和装配;提出一种新颖的碰撞检测方法即：壳体检测法,通过虚拟构造虚实零件碰撞点和区域来定义碰撞检测;利用力反馈设备,实现虚拟零件坐标采集和力反馈输出。实验结果证明壳体检测法具有一定通用性,可以快速、准确地实现虚实物体间碰撞检测和力反馈输出。     

产品拆卸运动仿真与干涉分析

为了支持计算机辅助设计环境下的拆卸分析过程,提出了3维拆卸仿真的基本原理和零件拆卸运动干涉的分析方法.在3维装配环境下,用位姿矩阵表达3维装配体中零件的位置和姿态,通过位姿矩阵变换控制仿真拆卸过程中的零件运动.拆卸运动中的干涉可分为接触干涉和非接触干涉两种基本类型.在拆卸运动干涉分析中,分别采用约束配合分析法和多方向动态干涉分析法对两种干涉进行了检验,最终获得了零件的实际可拆卸方向集.最后,用一个实例阐述了该方法的分析过程.     

基于DMP的双臂机器人装配策略研究

针对双臂机器人装配规划难题,提出了基于动态运动基元的双臂协调运动和装配策略.首先,分析双臂机器人运动空间,建立双臂运动约束模型,使每条手臂不仅满足自身任务要求,还满足双臂之间的相对位姿约束,然后将双臂之间的相对位姿约束与动态运动基元方法结合,使得生成的机械臂运动轨迹可以达到自避障的效果.其次,根据装配任务需求,分析双臂...     

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]     

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。     

基于虚拟装配特征的虚拟装配研究

主要研究虚拟环境中产品的虚拟装配问题。在研究以往学者对装配特征定义的基础上 ,结合虚拟装配的特点 ,提出了虚拟装配特征的概念 ,虚拟装配特征不仅描述了产品中零件间的约束关系 ,而且描述了产品的公差。在充分考虑了公差对产品装配工艺计划和产品可装配性影响的情况下 ,提出了装配工艺计划算法。     

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.     

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。     

自由度描述与装配约束图求解方法的研究

对几何基本图元进行配合时的约束产生的自由度空间进行了分析,特别是对于距离约束产生的复杂自由度空间进行了描述,给出了自由度空间的数据定义,使得复杂自由度和简单自由度能够统一表达;针对多个约束形成的约束图,将可能出现的闭环约束自动转化为近似闭环约束进行求解,进而采用迂回和递归求解的算法对近似闭环约束进行求解,为闭环约束求解提供了一种思路.     

多目标遗传算法在整车轻量化优化设计中的应用研究

采用D－最优试验设计方法对汽车前部关键吸能部件的材料和板料厚度进行多参数空间的样本数据设计;为提高计算效率,将能够代表整车正面碰撞过程的高精度多参数近似模型引入到整车轻量化优化设计中,并利用多目标遗传算法对近似模型进行优化,使得车身前部吸能部件的板料厚度和材料得到合理配置,同时也使得整车质量和B柱加速度尽可能最小。在车辆安全性满足CMVDR294安全法规的同时,也在一定程度上减小了整车的质量。     

装配可行性判断及其自动定位求解

在机械产品装配设计实践基础上提出６种装配约束,对装配可行、装配可能和装配不可行３种情况下的两零件装配可行性进行分析。对装配可行的两零件直接进行定位求解计算;对装配可能的两零件进行装配可行性判断后,再决定是否进行定位求解计算;对装配不可行的两零件不进行定位求解计算。