面向装配设计的语义建模与一体化仿真技术研究

摘要

装配设计作为产品设计的重要组成部分，通常是一个确立零件间相对位置关系、形成装配体并确保装配可行性的迭代设计验证过程。在装配方案存在问题时，通常需要利用CAD软件重新设计并在虚拟装配系统中进行装配过程验证，中间包含较多的数据转换与人机交互操作。另一方面，产品装配完成后，对产品的运动特性和运动空间进行分析，需要在不同软件中进行信息重定义，这都对产品开发进程造成影响。目前仅能接收CAD中固定装配关系进行方案验证的虚拟装配系统，不能满足装配设计与仿真一体化的要求。
　　为解决上述问题，本文研究将装配设计、装配过程仿真与运动仿真融入到虚拟装配系统中，实现装配设计与仿真一体化，从而减少装配设计周期。具体工作包括如下几点：
　　首先，为支持产品的装配过程仿真与运动仿真，对零件的信息建模进行了研究。建立了包含装配特性与物理特性的零件语义信息描述模型，在此基础上，提出了基于STEP模型的零件信息统一定义方法，并以XML对定义结果进行描述。
　　其次，对零件装配关系动态构建的装配过程仿真进行了研究。提出了基于语义的装配过程中装配对象的确定、装配位置的推理、几何约束的构建解算与导航及装配关系的动态构建等装配过程的推理方法，支持无固定装配关系的各个零件至最终产品的完整虚拟装配过程仿真。
　　再次，研究在虚拟系统中对完成装配的产品进行运动学仿真。提出了基于语义信息的刚体对象及运动副的描述与自动生成方法，基于Bullet物理引擎建立物理场景，进行实时运动学求解，实现产品的运动学仿真和运动空间实时检验。
　　最后，开发虚拟装配与运动仿真系统 VESP-SAMS，并以挖掘机产品对本文所提方法的正确性及有效性进行系统验证。

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目录

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3论文的研究意义与内容

1.4论文章节安排

第二章 面向装配过程与运动仿真的零件语义信息建模

2.1引言

2.2零件语义信息建模需求分析

2.3零件语义信息描述方法

2.4基于STEP模型的零件信息定义方法

2.5案例验证

2.6本章小结

第三章 面向零件装配关系动态构建的装配过程仿真方法

3.1引言

3.2参与装配对象的确定方法

3.3装配位置的推理方法

3.4几何约束的构建解算与导航方法

3.5装配关系的动态构建方法

3.6案例验证

3.7本章小结

第四章 基于装配语义信息自动映射的运动学建模仿真方法

4.1引言

4.2刚体对象的自动生成方法

4.3运动副的自动生成方法

4.4基于Bullet的运动学实时仿真方法

4.5运动仿真中的零件最短距离实时计算方法

4.6案例验证

4.7本章小结

第五章 原型系统开发与应用

5.1 VESP-SAMS系统概述

5.2 VESP-SAMS系统设计

5.3应用实例

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

附录1 虚拟系统中的按键操作

致谢

攻读学位期间的学术成果