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由于不断加剧的世界范围的竞争,制造企业不得不采用新技术来降低成本,提高产品质量,更重要的是缩短新产品从设计到生产再到装配的时间。传统的产品开发过程中对产品的可装配性能的检查和评价一般是借助于同等大小的实物模型来实现的,这个过程需消耗大量的人力、物力,导致产品的开发周期过长,开发成本过高。将虚拟现实技术应用到产品设计的装配规划中,为解决产品的装配问题提供了一个新的低成本的快速手段,并且发展出虚拟装配技术。由于虚拟装配技术能够将装配工程师的知识和经验融于产品装配设计中,通过虚拟样机代替实物模型,在产品设计的早期阶段就对产品的可装配性和可拆卸性做出合理的评价,大大缩短产品的设计周期,降低开发成本。但是就虚拟装配技术本身而言,它是一种全新的技术,关于虚拟装配技术的理论和方法都不成熟。虽然虚拟装配技术已经在一些汽车及航天制造业得到了应用,并取得了初步的成效,但是这些应用缺乏相应的理论和方法的支持。所以论文将对虚拟装配技术涉及的理论和方法进行深入的分析和研究,并在虚拟现实平台Vega上开发出一个虚拟装配原型系统,论文研究的内容及成果包括:
(1)根据面向对象的思想利用MFC对Vega进行二次开发,开发出一套可应用于虚拟装配系统的基本框架,此框架由数据接口、用户界面、虚拟装配环境和数据输出四个基本模块组成。
(2)开发出一个灵巧手虚拟模型。讨论了虚拟手的几何建模和运动建模,说明了模型数据转换中应注意的问题。并且通过数据手套对虚拟手的驱动和控制,开发出一个基于数据手套的交互控制模块,此数据手套交互控制模块不仅可用于本虚拟装配系统,对于其他虚拟实现应用也具有参考价值。
(3)分析虚拟环境中虚拟零件模型存在设计信息丢失的问题并提出相关解决方案。首先对CAD系统中的装配零件模型文件的设计信息进行分解和提取,通过对CAD进行二次开发数据接口,输出虚拟零件的初始装配信息文件,然后同零件的几何模型一起导入到虚拟装配环境中并重构虚拟零件,从而维护了虚拟零件设计信息的完整性。
(4)讨论了虚拟装配中关健技术的碰撞检测问题,提出了相交矢量法和层次包围盒法,并根据其不同特点分别应用于虚拟手抓取和虚拟零件干涉检查中。
(5)讨论了虚拟装配系统中的零件管理以及生成的装配信息的维护和输出,包括了零件的干涉检查记录、装配路径记录、装配顺序记录和装配过程视频回放。
(6)开发出一个虚拟装配原型系统,并通过实验证明了本文提出的虚拟装配理论的正确性和可行性,此原型系统对其他的虚拟现实应用也具有一定的参考价值。