CIMS环境下零件表面数字孪生模型构建方法

为了解决CIMS环境下，产品设计、工艺规划、质量检验等不同环节对多元素、多尺度、多层次零件表面质量信息的应用需求，提出一种基于数字孪生的表面综合质量信息模型构建方法。以数字孪生技术的应用准则为基础，采用面向对象的建模方法创建了包含设计几何模型、表面质量模型和表面性能模型的数字孪生表面模型，为多指标综合表征零件表面质量提供一种参考。其次，研究了数字孪生表面信息模型信息的表达与管理方法，实现几何模型与表面质量信息关联式的表达与管理，并提出一种基于XML的数字孪生表面信息模型集成应用框架，采用StAX标准编程接口规范来对XML文件进行解析，从而实现孪生数据在不同系统之间的有效传输。最后，以某卫星零件的复合加工工艺为例，构建了该零件的数字孪生模型，结合UOP UB200I金相显微镜、ZeGage Plus三维轮廓仪和西门子PLM系统Teamcenter搭建了CIMS环境，实现了该零件数字孪生表面模型的表达与集成应用，证明了所提方法的可行性和有效性。     

一种基于特征脚本的三维零件模型描述方法

针对零件模型中参数化特征建模过程和约束等信息的描述问题，提出了一种基于特征脚本的三维CAD零件模型描述新方法，使用可扩展标记性语言(XML)描述零件特征脚本，给出了零件模型中草图和形状特征的XML脚本描述方法，针对参数依赖和几何约束信息与几何实体匹配问题，研究了几何实体的持久命名机制；以Creo系统为例，通过程序开发，生成描述零件模型的XML特征脚本文件，并导入该脚本文件，重建特征建模过程以及参数和几何依赖关系，验证了基于特征脚本CAD零件模型描述方法的可行性。     

基于XML的钣金工艺实例表达

针对已有的基于实例推理的钣金工艺设计系统中,工艺实例表达模型单一,工艺信息共享困难等问题,提出了基于XML的多层次钣金工艺实例表达方式.在对钣金零件进行层次划分后,采用XML描述钣金零件的工艺信息及制造指令,完整表达了钣金工艺实例,同时提供了一种解决工艺信息共享困难的方法.     

基于XML的钣金工艺实例表达

针对目前已有的基于实例推理的钣金工艺设计系统中，工艺实例表达模型单一，工艺信息共享困难等问题，提出了基于XML的多层次钣金工艺实例表达方式。在对钣金零件进行层次划分后，采用XML描述钣金零件的工艺信息压制造指令，完整表达了钣金工艺实例，同时提供了一种解决工艺信息共享困难的方法。     

基于CAD/CAM的轴类零件信息模型的XML描述

以产品特征建模作为CAD/CAM集成的基础.构建基于特征的集成化产品信息模型.根据系统的集成对于信息的需求,从特征定义、特征关系和加工信息等方面对轴类零件特征进行了深入研究,在此基础上构建特征信息模型.针对CAD/CAM的需求,创建零件信息模型的XML描述,最后给出了相关的实例.     

面向大批量定制的叉车产品客户需求描述方法研究

客户需求是实现产品大批量定制设计的前提,本文提出了一种面向大批量定制的叉车产品客户需求个性化参数的通用描述方法,实现了一种XML模型的XSC图与带有可选择关系的XML模型的关系映射。该方法可以有效地实现客户需求个性化参数的表达,并在叉车产品开发中得到验证。     

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.     

基于工程图样的CAPP信息自动获取方法

一、概述零件信息的合理表达和自动获取是实现CAPP自动化的首要问题，也是CIMS环境下CAD／CAPP集成化的重要研究课题。尽管国内外专家学者已经提出并采用了诸如成组技术代码、拓扑或图论描述、专家语言等各种描述CAPP信息的方法，但从CAD儿APP集成需要来讲，实用而又有前途的方法是基于特征的零件信息模型。就满足当前需求而言，从CAD零件信息描述中直接提取CAPP形状特征信息，并进行有效的组织，是一种实用而有效的方法。本文针对我国CAD实际应用中生成二维工程图样的现状，在分析CAD系统零件二维工程图样表达的特点及其数…     

广义轴相似性检索方法研究

提出一种基于局部与全局的广义轴相似性检索方法。将广义轴相似性检索分为局部检索与全局检索两个过程完成。在局部检索中,首先建立基于零件几何信息和拓扑信息的零件信息模型,以此为基础通过建立相似度计算方法,实现广义轴的零件检索。全局检索分为模糊检索和精确检索两步,通过识别广义轴类型实现模糊检索;在精确检索中提取广义轴描述信息,将广义轴内部零件的几何外形、拓扑位置、零件之间的系统关系与广义轴类型关联驱动起来,生成编码信息并构建不同层次矩阵,最终使用优配算法计算得到相似度结果。最后以减速器中广义轴的检索为例验证了该方法的有效性。     

基于广义特征的零件信息模型研究

针对并行工程的需求,基于广义特征和ＳＴＥＰ标准建立了零件信息模型,并在Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ软件二次开发的基础上,实现了一个基于特征的ＣＡＤ系统,该系统可实现自动特征识别。基于所建立的零件信息模型,系统可自动生成ＳＴＥＰ文件,为设计的后续过程提供丰富的零件信息,便于实现ＣＡＤ与后续过程的集成和并行。利用建立的零件信息模型,实现了ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＤＦＭ的信息集成。     

A resource-oriented tolerance representation scheme for the planning of robotic machine tending operations in automated manufacturing systems

In this paper, we define a representation for tolerances associated with robotic machine tending operations. The intent of the representation and analysis presented in the paper is to assess whether a robotic material handler is capable of holding the accuracies required for loading and unloading a machine. This representation and analysis, therefore, provides the basis of a process planning system for robotic operations. This representation is critical for flexible and automated manufacturing because it enables automatic planning of unload and load operations from and to machining centers that are required for discrete part manufacturing. Planners can use this representation along with the specified tolerance criteria to conservatively assess if a given robot resource is capable of using a specific gripper to unload or load a given part from a given fixture on a machining center. For a new part, this assessment allows an automatic material handling operations planner to determine if reconfiguration or procurement of resources is required for the material handing of the new part or if simple reprogramming of the robot and machine resources is sufficient. Also, this representation helps providing flexibility to the manufacturing system control software in the case of the addition of a new machine to the manufacturing system. In this case, the new resource data would be input into the resource model, and the decision on the machine tending operations (loading or unloading) would be carried out in the same manner. This representation was tested successfully using an automatic operations planner at The Pennsylvania State University’s Factory for Advanced Manufacturing Education (FAME) lab.     

Derivation of dual forces in robot manipulators

According to the principle of transference, a compact three-dimensional representation of a rigid body kinematics is obtained by substituting dual for real numbers. This representation has recently been applied to robotics where in addition to its compactness, it allows to constitute the Jacobian matrix explicitly from the product of the dual transformation matrices with no additional computation.This paper introduces the generalized Jacobian matrix. This matrix consists of the complete dual transformation matrices as opposed to the regular Jacobian matrix which consists of specific columns only. The generalized Jacobian matrix relates force and moment at the end-effector to force and moment in all directions, at the joints. It is therefore possible to use the dual transformation matrices to derive, with no additional computation, the full force and moment vector at the robot's joints. Furthermore, the generalized Jacobian matrix also relates motion in all directions at the joints to the motion of the end-effector, an essential relation required at the design stage of robot manipulators (in particular, flexible ones). An extension of these kinematics and statics schemes into dynamics is possible by applying the dual inertia operator as is shown by an example of a three degrees-of-freedom robot.     

3-RRRT并联机器人位置正解的快速解法

研究3-RRRT型并联机器人的运动学及正向求解方法.根据3-RRRT型并联机器人机构特点以及关节运动的取值范围,提出了以并联机器人支链中支杆的方向余弦和动平台绝对位置坐标为系统的广义坐标的方法,并详细地推导了3-RRRT型并联机器人运动学模型.提出了一种位置正解的数值求解方法,推导了位置正解迭代格式,并利用MATLAB进行了位置正解数值仿真,结果表明求解程序稳定、快速、有效.     

机器人工作空间配置的可靠性规划

机器人工作空间是机器人运行控制的一个重要指标。本文依据动作可靠性的基本概念 ,结合机器人动作可靠性评价的基本要求 ,建立了机器人运动误差分析模型。基于针对机器人工作空间配置的数学描述 ,给出了机器人工作空间配置的可靠性评价方法与规划策略。运用一个 4自由度机器人工作空间规划分析的实例说明 ,机器人工作空间配置的可靠性规划 ,是全面完善系统性能的一个有效途径。     

基于广义几何误差模型的微机器人精度分析

提出了一个用于微机器人精度分析的通用方法,该方法以广义几何误差的形式描述各种误差源对机器人本体产生的影响,通过任两座标系间的向后微分关系,利用运动学方程以及并联机构的环路特性,建立了微机器人的广义几何误差模型。基于此模型,对工作空间中的位姿误差进行了仿真分析,验证了该法的有效性。此方法虽然是针对微机器人,但可推广应用到一般并联机器人的误差建模和精度分析。     

3-RRRT并联机器人正向动力学仿真

研究一种3-RRRT新型高速搬运机器人动力学建模及正向动力学求解实现方法。以支链构件相对运动坐标和动平台绝对运动坐标作为广义坐标,结合拉格朗日第一类方程建立了3-RRRT型并联机器人的运动学与动力学模型。阐述了运用违约修正法对动力学模型(微分/代数方程组)进行求解的过程,并利用Matlab软件平台进行了动力学正向数值仿真,结果表明此数值积分方法速度快、精度高,适合于3-RRRT并联机器人动力学正向求解。     

基于特征的工艺生成方法的研究

零件特征模型在CAD/CAPP系统的集成中有着重要的作用。本文首先简介了特征的定义和分类 ,然后探讨了零件特征模型的建立方式和零件信息分层表示模型 ,并在UGII环境下利用其二次开发工具UG/OPEN ,采用特征识别和特征造型相结合的混合建模方式 ,建立了零件特征模型。最后 ,在所建立的零件特征模型的基础之上 ,采用逆向决策原则 ,进行特征工艺路线和零件工艺路线的生成。     

Contact states recognition in robotic part mating based on support vector machines

In order to autonomously execute part mating, an intelligent robot should be able to carry out active compliant motion. Contact states recognition machine is a missing link for implementation of this kind of motion within an intelligent robotic assembly system. In this paper, we present an approach to design contact states recognition machines for various types of part mating problems. We have chosen generalized mating force as a basic feature measured from the process. Starting from force measurements, online recognition is carried out using class boundaries and transduction mappings obtained during offline training. The basis for the proposed offline training procedure is not experimental data but a mechanical model of the part mating process. This enables supervised training without requiring numerous experiments. Furthermore, this has allowed extraction of qualitative features from the analytical model of mating force. To provide good time localization and phase correctness, we have utilized discrete wavelet transform for feature extraction. The obtained patterns have been classified using support vector machines to obtain a recognition machine with good generalization properties. The proposed machine is elaborated and experimentally verified using case study of cylindrical part mating with chamfer crossing. We have used quasi-static model of insertion force as a starting point in the training process. Exploiting some characteristics of Daubechies wavelets, we have managed to extract features that are independent on characteristics of the concrete cylindrical part mating. Finally, the generated machine was evaluated using intensive real-world experiments. Herein we have shown that performance of the generated contact states recognition machine was excellent.     

Optimising robot workcell layout

This paper describes a heuristic algorithm for optimising the layout of a robot workcell. The algorithm attempts to minimise the total path of travel of a robot arm for a given sequence of operations by determining the relative positions and orientations of the stations in the workcell. A unique spatial representation system is used to model the shapes and orientation of the stations in the workcell. The representation is very flexible and can closely represent the shapes of many common types of peripheral machine encountered in a robot workcell. The algorithm has been implemented on an IBM compatible PC and the results obtained are promising.     

基于李群方法的6自由度机器人机构动力学分析

用李群李代数建立了六自由度机器人的机构动力学方程,描述了机器人的位姿及相应的速度和加速度。并对六自由度工业机器人进行了Matlab仿真与Adams验证,应用李群推法得到了关节驱动力矩与根据Adams分析所得的关节驱动力矩具有很好的一致性,误差为5%。说明了李群方法在机器人动力学分析中的适用性。