基于视点跟随的装配路径规划与干涉检查研究

为了改善装配路径规划与仿真的真实化程度,提出了一种基于视点跟随的装配路径规划方法。分析了基于视点跟随的装配路径规划原理,该方法通过视点变换矩阵来调整视点相对于运动装配单元的位置,通过位姿矩阵来控制装配单元的运动,通过视图来对装配路径进行管理。采用一种基于投影法的多层次动态路径干涉检查算法来对装配路径的有效性进行验证。开发了一个装配工艺规划与仿真系统,并以某型号飞机右机翼为例对方法进行了验证,结果表明,该方法能够改善装配路径规划与仿真的可视化程度。     

基于Pro/E的三维辅助装配工艺规划系统研究

分析了现有计算机辅助装配工艺规划系统的不足,提出了三维辅助装配工艺规划系统的体系结构,并对其中装配模型信息表达、装配序列规划、路径规划、装配过程动画等关键技术进行了研究。基于Pro/E平台,建立修正的装配层次模型,并交互生成装配序列;通过确定装配路径上的关键点及关键点之间的位姿,进行装配路径规划和装配干涉检测。此提出的系统可以通过三维工艺简图和装配过程动画,形象、直观地指导现场装配。     

基于Pro／E的三维辅助装配工艺规划系统研究

分析了现有计算机辅助装配工艺规划系统的不足，提出了三维辅助装配工艺规划系统的体系结构，并对其中装配模型信息表达、装配序列规划、路径规划、装配过程动画等关键技术进行了研究。基于Pro／E平台，建立修正的装配层次模型，并交互生成装配序列；通过确定装配路径上的关键点及关键点乏间的位姿，进行装配路径规划和装配干涉检测。此提出的系统可以通过三维工艺简图和装配过程动画，形象、直观地指导现场装配。     

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.     

基于特征约束关系的航天器大部件装配机器人机型设计方法及应用

面向狭长任务空间航天器大部件装配的定位调姿需求,提出一种装配机器人机型设计方法。该方法以大型构件装配对接过程中存在的主要特征为和空间约束为主要参考,结合空间自由曲面几何理论,总结装配过程中存在的多种典型特征,基于装配特征对应的数学描述,建立装配几何特征到机器人运动维度的映射关系;定义装配过程中轨迹规划涉及到的多种空间、位姿状态的表示方法,明确轨迹规划中的各类约束相互关系,确定机器人运动的边界范围。以典型作业环境空间站工作舱为例,研发基于PPRRPR构型的航天装配机器人。从机构构态和运动特征两个方面,结合串/并联机构的优势以及在对应约束空间下的行为特性,进一步提出基于机构行为特征的机器人优化设计方法,建立混联装配机器人的概念模型,为特定任务环境下装配及搬运大型装备的机构设计提供了一定的参考。     

大尺度产品数字化智能对接关键技术研究

针对大尺度产品对接过程精确位姿调整困难的问题,以测量辅助装配相关研究内容为基础,提出了一种大尺度产品数字化智能对接技术应用综合框架,并从基础环境、使能技术和组织模式三个层面对该框架进行了分析。给出了三种大尺度产品数字化智能对接应用模式,并对其特性进行对比分析。分析了基准传递与精度协调、位姿感知与评定、调姿路径规划、多源数据融合与集成控制等关键技术。设计开发了基于全局坐标的位姿引导柔性装配和六维力引导柔顺对接的组合试验装置,并以舱段对接为例,验证了应用综合框架与关键技术的可行性与有效性。     

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,分析双臂运动约束,设计双臂装配策略。最后,通过仿真和实验,验证了所提出方法的有效性。     

柔性装配系统设计中若干问题的研究

研究了柔性装配系统设计中的装配规划,提出通过计算装配关联图割集,利用分离可行性和可行分离路径判据,求出可行拆卸顺序,以与/或图给出装配顺序。还研究了机器人装配工作站规划,提出了把机器人装配成功率最高的位姿作为装配点,把位姿误差最小的构形作为抓取点,适当调整工作点,缩短机器人运动路径,实现工作站的合理布局。     

狭窄空间内复杂产品的装配路径规划研究

因为复杂产品的内部空间紧凑,为其规划可行的装配路径困难,所以提出一种基于快速搜索随机树的改进方法,以提高狭窄空间内复杂产品装配路径规划的成功率与效率。该方法以待扩展树节点为中心离散化局部空间,并为路径树的扩展提供多种备选位姿,再根据装配运动的难易程度,提出两种运动策略及对应的评价指标,引导局部路径的扩展。仿真结果表明,此方法在装配路径搜索成功率和效率方面均有提高。     

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。     

柔性装配系统设计的研究

对柔性装配系统设计中的装配顺序规划和机器人装配站规划进行了研究。装配体所有的分解方式可通过计算装配体零件接触关系的割集来实现，然后利用分离可行性和可行分离路径二条判来判断哪 些拆卸方式是可行的，重复上述分解过程，直到单个零件。     

Kinematics Analysis of Mechanisms Based on Virtual Assembly

Currently,virtual assembly technology has attracted increasing attention due to considerations of solving assembly problems in virtual environment before actual assembly in manufactory.Previous studies on kinematic analysis of mechanism only aim at analyzing motion law of single mechanism,but can not simulate the multi-mechanisms motion process at the same time,let alone simulating the automatic assembly process of products in a whole assembly workshop.In order to simulate the assembly process of products in an assembly workshop and provide effective data for analyzing mechanical performance after finishing assembly simulation in virtual environment,this study investigates the kinematics analysis of mechanisms based on virtual assembly.Firstly,in view of the same function of the kinematic pairs and the assembly constraints on restricting the motion of components(subassembly or part),the method of identifying kinematic pairs automatically based on assembly constraints is presented.The information of kinematic pairs can be obtained through calculating the constraint degree of the assembly constraints.Secondly,the incidence matrix eliminating element method is proposed in order to search the information and establish the models of mechanisms automatically after finishing assembly simulation in virtual environment.Both methods have important significance for reducing the workload of pretreatment and promoting the level of automation of kinematics analysis.Finally,the method of kinematics analysis of mechanisms is presented.Based on Descartes coordinates,three types of kinematics equations are formed.The parameters,like displacement,velocity,and acceleration,can be obtained by solving these equations.All these data are important to analyze mechanical performance.All the methods are implemented and validated in the prototype system virtual assembly process planning(VAPP).The mechanism models are established and simulated in the VAPP system,and the result curves are shown accurately.The proposed kinematics analysis of mechanisms based on virtual assembly provides an effective method for simulating product assembly process automatically and analyzing mechanical performance after finishing assembly simulation.     

A new robotic assembly modeling and trajectory planning method using synchronized Petri nets

In this paper, a new approach to trajectory planning, performance Evaluation, and control for robotic assembly is presented. The assembly process is modeled as a discrete event system using synchronized Petri nets (SynPN). In a SynPN model, transitions are associated with firing conditions depending on external events. Due to this characteristic, SynPN is commonly used to model the connection between system states and external signals. The most important force/moment and position/orientation information in the assembly process serve as external events. Using the external events, the assembly states can be recognized and the system will be directed to the desired end state. Furthermore, trajectory planning algorithms and performance evaluation criteria of a discrete event system are also studied based on SynPN model. Finally, simulation and simple experiments are discussed in which a successful peg-in-hole assembly is fulfilled.     

基于力-位图像学习的工业机器人柔顺装配方法研究

利用机器人进行自动装配操作时,控制装配过程的接触力和柔顺性对于保证装配质量具有重要意义。为此提出一种基于力-位图像学习的柔顺装配方法,将装配过程中的位姿和接触力信息转化为力-位图像,然后通过对力-位图像的分类学习,获得不同初始位姿情况下的柔顺装配动作策略,从而控制机器人实现柔顺装配。首先,控制机器人完成多次装配,并在装配过程中收集机器人位姿以及装配力和力矩信息;然后,利用这些信息绘制力-位曲线并将其组合成为力-位图像,基于运动方向判定算法为力-位图像自动标记装配动作标签,以构建力-位图像数据集;最后,在力-位图像数据集上对深度学习模型进行训练,并基于深度学习模型控制机器人进行柔顺装配。为了验证该方法的有效性,以RJ45连接头和连接口间的装配为例,采集了2 500次装配操作的力-位数据,共生成92 328张力-位图像及对应标签,然后基于ResNet50网络训练力-位图像分类模型,并基于该模型控制机器人进行装配实验,装配成功率达到96.7%。     

A model-based approach to assembly sequence planning

This paper presents a systematic approach for automatic assembly sequence planning (ASP) by using an integrated framework of assembly relational model (ARM) and assembly process model (APM), which are established by object-oriented method. ARM, consisting of assembly, components and liaisons, is the static model of assembly to describe the geometric relationships between components in terms of contact, constraint and interference matrixes. APM, containing states and sub-processes, is the dynamic model of assembly to represent all potential alternatives in assembly process. An algorithmic procedure is also presented by which APM of an assembly can be constructed systematically by analyzing states from lower levels to higher levels. Through the procedure, all feasible sequences of a product can be generated, and the optimum one can be determined by further evaluating each sequence. To explain the approach more clearly, a practical assembly with five components is used as an illustration in the paper.     

基于机器人与视觉引导的星载设备智能装配方法

当前大型星载设备的安装采用人工操作机械臂的方式完成。由于星载设备昂贵,装配过程在半封闭非直视条件下进行,需要多人进行人工观察与口令调整,耗费数小时,装配效率低下。为提升装配效率,实现装配过程的智能化与精准化,提出一种基于机器人与视觉引导的星载设备智能装配方法。采用机器学习与双目视觉实现装配体之间的精确位置测量;通过机器人手眼标定完成视觉空间到机器人空间的运动映射;综合分析装配路径的干涉状况,对装配路径进行机器人运动规划;最后通过虚拟现实技术实现装配过程的可视化。整个装配过程可自动完成,装配时间缩短在若干分钟以内。进行了卫星与星载设备的模型装配试验,结果表明装配误差小于0.3 mm,验证了所提方法的有效性。     

几何增强的装配工艺本体建模

包含产品几何与非几何信息的产品装配要求是装配工艺设计的主要依据,对装配工艺设计决策结果具有决定性的影响。在装配工艺模型中描述产品的几何相关信息能够更好地表达如装配顺序,装配路径等内容,同时可以更好地辅助装配工艺决策,提高决策的自动化水平。提出一种几何增强的装配工艺本体模型,利用语义本体技术,建立产品几何信息在装配工艺中的描述方法,数据结构与关系描述。并以该模型为基础,建立基于几何增强装配工艺本体的装配工艺决策框架。该框架分为两部分：一是采用几何增强的装配工艺本体模型描述产品几何信息和装配工艺信息的数据结构和相互关系;二是为了让几何信息与装配工艺信息之间存在的丰富的隐含关系显性化,对语义本体推理机制进行增强,提出推理单元的概念,使决策框架具有从产品几何信息中推理装配工艺相关信息的能力,有效地支持装配工艺决策。以针对某传动器产品装配顺序决策的过程,验证所提出的几何增强装配工艺本体模型与框架的有效性。     

Generation and Simulation of Robot Trajectories in a Virtual CAD-Based Off-Line Programming Environment

This paper presents a new approach to the generation and optimisation of the position and orientation trajectories in Cartesian task space, and simulation in a virtual CAD-based off-line programming environment. A novel concept of the robot pose ruled surface is proposed, and defined as a motion locus of the robot orientation vector, i.e. the vector of equivalent angular displacement. The planning for trajectories of robot end-effectors can be accomplished by generating the robot pose ruled surface and optimising its area under the constraints with good kinematics and dynamics performances. The established optimisation model is based on functional analysis and dynamics planning, and is simplified by using high-order polynomial space curves as the robotic position and orientation trajectories. The developed system, RoboSim, is a virtual integrated environment which can be used as a testbed for automatic motion planning and simulation for robots. Two examples are given to verify the feasibility of the proposed approach and models, and to demonstrate the capabilities of generation, optimisation, and simulation modules and libraries in the RoboSim package. The simulation results show that the approach and system are feasible and useful for motion planning, performance analysis and evaluation, and CAD-based prototyping and off-line programming in both the virtual and the real design and planning environment.