基于Virtools的虚拟装配系统关键技术研究与应用

摘要

制造业对产品装配自动化的需求，推动了虚拟装配仿真技术的发展，而计算机技术的高速发展为虚拟装配仿真技术的进步提供了可靠地保证。在虚拟仿真环境中对产品的装配过程进行仿真可以验证零部件设计的合理性、验证产品的可装配性、优化产品的装配工艺、检验产品的特性以及针对产品开展教育培训等，进而提高实际生产效率、减少装配成本，提升企业经济效益和竞争能力。在此背景下，本文利用虚拟装配仿真技术，开发了一款基于Virtools的虚拟仿真系统，并分析研究了系统实现过程中的一些关键技术。
　　 论文首先在系统用例分析的基础上设计了系统的功能结构框架，简单分析了系统所具有的功能，详细介绍了系统的工作流程，并简要说明了系统采用的关键技术。
　　 基于系统对装配信息需求的分析结果，论文在层次模型和关系模型的基础上建立混合装配信息模型，满足了系统装配序列规划、装配路径规划、碰撞干涉检查等活动对模型装配信息的需求。
　　 针对虚拟装配中装配序列规划问题，本文提出了基于拆卸思想的装配序列求解方法。定义了集成拆卸矩阵描述零件之间的拆卸约束关系，以树作为可拆零件的存储结构，给出拆卸序列的生成算法，将拆卸序列逆序得到产品的装配序列。论文还建立了装配序列评价模型，用于装配序列的寻优。
　　 装配路径规划是虚拟装配系统的基本功能之一，论文通过记录零件在被装配过程中一系列关键点上的零件位姿信息，从而实现了零件的装配路径规划。为了确保虚拟装配场景的真实感，防止在装配过程中零部件模型发生穿透等现象，本文分析了虚拟仿真系统中几种常用的干涉检查算法，结合Virtools开发工具提出了解决系统中干涉检查问题的方案。
　　 最后，本文介绍了在Virtools中系统的实现，并利用具体的装配体模型验证系统功能的正确性，证明论文研究介绍的虚拟装配关键技术的可行性。

目录

声明

摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 虚拟装配的分类

1．3 课题的研究的背景、目的和意义

1．4 虚拟装配技术研究现状及其主要问题

1．4．1 国外发展现状

1．4．2 国内发展现状

1．4．3 目前研究存在的主要问题

1．5 课题研究的方向和内容

第2章 虚拟装配系统的结构

2．1 虚拟仿真系统框架设计

2．1．1 系统的用例分析

2．1．2 系统的功能结构

2．1．3 系统的工作流程分析

2．1．4 系统的关键技术研究

2．2 系统的开发平台

2．2．1 系统的硬件配置

2．2．2 系统的软件平台

2．2．3 Virtools简介

2．2．4 系统开发辅助软件介绍

2．3 本章小结

第3章 装配信息建模

3．1 虚拟装配系统对装配模型信息的需求

3．2 零部件之间的装配关系分类

3．3 常用的装配信息模型

3．3．1 联系图模型

3．3．2 层次模型

3．3．3 关系模型

3．4 装配信息模型的建立

3．5 本章小结

第4章 装配序列规划

4．1 装配序列规划

4．1．1 装配序列规划方法介绍

4．1．2 零件的拆卸约束问题

4．1．3 拆卸序列与装配序列的表达

4．1．4 拆卸无向图与拆卸干涉矩阵

4．1．5 可行拆卸零件求解

4．1．6 可行装配序列求解

4．1．7 实例验证与分析

4．2 装配序列评价

4．3 本章小结

第5章 装配路径规划及干涉检查

5．1 装配路径规划

5．1．1 装配路径规划概述

5．1．2 装配路径规划基本流程

5．1．3 装配路径描述和优化记录方法

5．1．4 装配空间中零部件的位姿变换

5．1．5 零件的匹配定位

5．2 装配干涉检查

5．2．1 装配干涉检查概述

5．2．2 Virtools中基于包围盒的干涉检查方法

5．3 本章小结

第6章 虚拟装配实证研究

6．1 系统功能概述

6．2 Virtools中装配信息的存储

6．3 装配序列实现

6．4 装配过程仿真

6．4．1 鼠标点选和拖动零件、鼠标悬浮文字提示功能

6．4．2 视点操纵、零件单独展示功能

6．4．3 装配路径信息记录

6．4．4 碰撞干涉处理

6．4．5 对象融合

6．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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