基于VRML的CA6140车床尾座网络虚拟装配方法的设计与实现

虚拟制造技术中的虚拟装配是关键所在。在制造领域受到越来越多的关注。对虚拟装配的理论、思想和产品虚拟装配的关键技术等方面进行了研究,包括虚拟建模工具的选择、各部件的建模方法,优化方法,装配路径规划、碰撞干涉检测等。在此基础上,利用VRML的交互扩展功能,结合编程技术,构建了具有交互功能的虚拟装配系统。在此系统下,用户可以对装配零部件进行实时的动态交互操作,并完成零部件的装配。最后以车床尾座为实例进行实际的虚拟装配,验证了虚拟装配系统的可行性和实效性。     

复杂产品分布式并行协同虚拟装配系统研究

为解决复杂产品异地协同设计中零部件数模验证和装配评审的困难,研究了基于网络的分布式协同虚拟装配技术,提出基于高层体系结构/运行时间框架的分布式协同虚拟装配方案,解决虚拟环境中的用户管理、操作协同和交互式装配操作等问题.以此为基础开发出了支持实时协同交互装配仿真的分布式并行协同虚拟装配系统,并以某汽车部分总成网络协同装配为例验证了该方案.结果表明,该方案可以实现复杂产品设计中的异地协同装配仿真与评审.     

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.     

面向虚拟现实技术的注塑系统装配模拟

传统注塑模具的开发需要较长的周期和较高的成本,利用虚拟装配技术,可大大减少设计过程中的代价.新开发产品的注塑成型试模费用相当昂贵,利用虚拟注塑装配系统可以减少实际装配等操作的成本.应用虚拟现实技术可进行注塑模建模装配模拟系统设计,结合Nvision虚拟交互平台,辅以外接的控制和显示设备实现虚拟漫游.最终通过人机接口技术,让用户沉浸在虚拟环境中并实现二者之间的人机交互,提供传统表现方式无法比拟的、崭新的信息交流界面.     

虚拟操作仿真环境中基于运动捕获的虚拟人实时控制技术

为了提高复杂产品装配、拆卸操作仿真中虚拟人的驱动精度且满足交互实时性,在分析影响虚拟人实时驱动精度因素的基础上,系统地提出虚拟操作仿真环境中满足虚拟人实时驱动精度的解决方案及其关键技术.针对真人与虚拟人的尺寸差异影响驱动精度的问题,提出基于关节旋转信息,采用动态约束方式建立虚拟人实时运动控制模型,实现了个性化人体的驱动;针对实时驱动过程中驱动噪声导致人体动作失真进而影响驱动精度的问题,提出以人体关节极限角度和设置前后关键帧关节角度变化幅值为判断准则,对驱动噪声进行过滤;随后引入灰色系统理论建立驱动噪声补偿模型,实现对被过滤掉的缺失数据进行在线补偿.以某型发动机的虚拟装配为例,分析交互装配过程中虚拟人的实时驱动精度,结果表明上述方案满足驱动精度要求和交互实时性要求.     

面向虚拟装配的虚拟手交互技术研究

人机交互技术是虚拟装配过程的关键技术。通过数据手套实时、自然地与虚拟环境交互,完成虚拟装配等操作,为虚拟装配提供更为直观的验证和优化。结合机械产品的结构特征与装配操作需求,研究了面向机械产品虚拟装配的手势识别交互技术。针对四大类型通用机械零件分别进行了抓取手势的定义与识别,提出了机械零件虚拟装配中虚拟手势的识别及稳定抓取算法。应用减速器虚拟装配进行实例验证。表明,提出的手势识别和抓取算法是有效的,可以使虚拟装配过程的交互性以及沉浸感进一步加强,有助于减少虚拟装配操作的失误。     

面向协同虚拟装配的模型表达技术研究

针对部件级别的协同虚拟装配,提出了协同虚拟装配环境下的模型表达方法和数据转换方法.该方法根据协同虚拟环境下交互装配仿真需求,将部件模型分为显示层、逻辑层、碰撞检测层、部件信息层,形成具有四层次的产品模型表达.开发了数据转换接口,获得了四层次的产品模型.在汽车部件级别虚拟装配的应用表明,该模型表达和数据转换方法能够满足协同虚拟装配交互仿真需求.     

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.     

虚拟装配环境中的装配模型表达技术研究

针对虚拟装配领域常用产品模型表达方法的信息完整性与操作效率之间的矛盾，提出面向过程的装配模型复合表达法，并应用于集成虚拟装配系统。该方法的装配模型主要包括层次结构的装配树模型、复合表达的零件模型、面向过程的约束模型和路径模型。零件采用B—rep、面片和凸包等3种模型复合表达。集成虚拟装配系统的测试结果表明，该模型表达方法能够满足虚拟装配过程的信息表达要求，并能较好地支持虚拟装配过程中的实时交互。     

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。