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。     

电缆虚拟装配的关键技术及其发展

电缆的装配质量是影响产品质量的重要因素之一。对电缆装配过程进行基于虚拟现实的仿真,可以减少电缆实际装配过程中错装、漏装等现象的发生,缩短产品装配周期、降低装配成本、提高装配质量及效率。笔者对电缆虚拟装配关键技术即电缆布线,装配对象与装配环境之间的碰撞干涉检验、电缆的几何形状仿真、虚拟装配过程的评估及验证、装配工艺规划的现状进行了综述,并在此基础上对电缆虚拟装配技术的发展趋势做了进一步探讨。     

虚拟装配技市

在阐述虚拟装配技术的分类与关键技术的基础上，综述国内、外的研究现状，并指出虚拟装配技术研究的主要发展趋势。     

虚拟装配技术概述

虚拟装配技术是虚拟现实技术在装配领域的全新应用,为产品装配带来了新的思路和方法.对虚拟装配的研究状况进行了全面的综述和分析,主要讨论了虚拟装配的定义,指出虚拟装配实质上是实现两个层次的映射.介绍了虚拟装配的分类,从虚拟现实环境、虚拟装配关键技术和应用系统三个方面对虚拟装配的研究内容进行了详细的阐述,指出了虚拟装配技术研究中的不足和其发展趋势.     

虚拟现实技术在机械产品装配中的应用

从虚拟现实技术的角度,研究分析虚拟装配的相关技术及虚拟装配系统的设计流程;结合发动机曲柄连杆机构给出虚拟装配的一般步骤;指出成功完成虚拟装配的关键在于虚拟手的操作,提出虚拟手抓取的满足条件.     

虚拟装配技术

在阐述虚拟装配技术的分类与关键技术的基础上,综述国内、外的研究现状,并指出虚拟装配技术研究的主要发展趋势。     

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.     

虚拟装配技术的研究现状及发展趋势分析

在阐述虚拟装配技术定义与内涵的基础上，描述了虚拟装配技术的现状及未来，综述了国内外的研究现状，并对国内外发展状况进行简要对比分析，指出了目前虚拟装配技术研究中存在的问题及主要发展趋势。     

虚拟装配技术的研究进展及发展趋势分析

虚拟装配技术是虚拟现实技术在设计与制造领域的重要应用之一,已经引起工业界和研究机构越来越广泛的重视。在阐述虚拟装配技术的定义与内涵的基础上,界定了虚拟装配技术的研究内容,综述了国外的研究现状,并对国内外发展状况进行简要对比分析,指出了目前虚拟装配技术研究中存在的问题以及主要发展趋势。     

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。     

面向产品全生命周期的虚拟装配技术研究

阐述了虚拟装配的内涵。从可装配性设计原则、可装配性分析评价和装配过程仿真3个方面,建立了面向产品全生命周期的虚拟装配技术体系结构,并分析了该体系结构的虚拟性、并行性、集成性和协同性的特点。对虚拟装配模型、虚拟可装配性分析与评价、虚拟装配工艺规划及虚拟装配系统规划等虚拟装配关键技术进行了研究,并初步构建了面向产品全生命周期的虚拟装配环境。     

Product lifecycle-oriented virtual assembly technology

VA (virtual assembly) provides a more efficient, intuitive and convenient method for assembly process modeling, simulation and analysis. Previous researches about VA are almost isolated and dispersive, and have not established the understanding and definition of VA from a macroscopical and integrated view. Based on the analysis of the connotations of VA, a PLO-VATA (product lifecycle-oriented virtual assembly technology architecture) is proposed, in this architecture, VA is decomposed into four basic elements: principles and methodology of DFA (design for assembly), assembly analysis and evaluation, virtual assembly model and virtual assembly toolkits. Immersion, concurrence, integration and collaboration are the four main characteristics of VA being put forward. The key techniques of VA including virtual assembly model, virtual assembly analysis and evaluation, and virtual assembly process planning are discussed. Finally, a prototype system is built to validate the feasibility of the proposed method. __________ Translated from Computer Integrated Manufacturing Systems, 2005, 11(10) (in Chinese)     

一种基于特征的快速装配方法

为提高模型装配效率,提出了一种基于装配特征的产品快速装配建模方法.该方法首先由用户根据装配特征定义产品装配模型,然后由程序自动将基于特征约束的装配模型转换为常规的基于几何约束的装配模型,从而实现快速装配.研究了装配特征表示、基于特征约束的装配模型和约束转换等关键技术,并以馈线结构快速装配系统为案例,验证了方法的有效性.     

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。     

虚拟装配中装配公差的检验分析

装配性能分析的主要内容之一是装配公差的分析。阐述了虚拟装配系统中公差并行设计的过程，建立了零件尺寸公差与装配体配合公差的模型，利用约束关系图表达了零件尺寸信息与装配体配合关系信息，利用尺寸公差模型与约束关系图通过有关算法生成装配尺寸链。介绍了公差分析的两种方法，并以孔轴的径向配合为例，利用极值法进行装配公差检验，针对检验时出现的各种不合理结果进行了详细分析，并提出了设计公差相应的修改意见。     

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。     

基于装配工艺规程的产品虚拟装配技术

描述了VPD环境下的产品装配模型，建立了产品装配模型的数据结构，定义了产品装配模型系统的结构组成及模块功能；参照加工工艺规程，提出了虚拟产品装配工艺规程的概念；结合挤塑模和轻型客车的虚拟装配、活塞连杆机构及发动机的运动过程，实现了基于真实动画感的VPD环境下的产品虚拟装配及虚拟工作过程仿真。     

线缆虚拟布线与敷设过程仿真技术

为提高复杂机电产品中线缆布线的质量和装配可靠性,结合机电产品中的线缆研制流程,提出一种虚拟环境下的线缆布线设计、装配工艺规划和安装仿真集成方法,重点对虚拟环境下基于图论的线缆数字化模型建立、交互式线缆布线与敷设过程仿真、基于逆运动学和能量优化法的线缆运动仿真方法等关键技术进行阐述。所开发的线缆虚拟布线与敷设仿真系统已在航天产品的研制中得到局部应用,初步实现了线缆的数字取样和敷设过程仿真。