基于任意时间RRT算法的三维自动布线技术

考虑约束的路径规划是线缆布局设计的重要方面,针对目前三维环境下的布线方法效率低以及对约束考虑不完善的问题,提出一种基于任意时间RRT算法的三维自动布线方法。该方法将任意时间算法与双树吸引快速扩展随机树(RRT)算法相结合,兼顾路径规划的长度约束及搜索效率,实现线缆初始路径的生成,提出了基于障碍物的磁吸算法(OBMA),将初始路径作"贴壁"细化处理完善线缆路径,最后建立了基于Cosserat弹性杆理论的线缆物理模型,计算获得线缆的精确空间姿态,从而完成布局设计。开发了原型系统,通过典型的布线场景对算法性能进行了测试,并利用某产品仪器板布线实例验证了线缆布局设计效果。     

面向生产现场的虚拟装配工艺规划技术

针对生产现场的需求和虚拟装配技术的发展,阐述了虚拟装配技术在装配工艺规划、装配精度预分析、管路与线缆装配及装配现场管理等方面的应用和发展.提出了半沉浸式虚拟装配工艺规划系统的整体思路及实现方法;虚拟环境下的线缆和管路的离散控制点建模及动态布局技术;虚拟环境下的带公差的产品建模方法和装配精度预分析技术.指出虚拟装配工艺规划技术能充分利用人的经验和感知,通过模拟真实装配过程,不仅可实现产品的装配顺序和路径规划,而且也是提高装配精度和装配可靠性问题的有效手段,为提高装配现场现代化管理水平提供了有效途径.     

虚拟环境下的管路布局设计技术

针对机电产品中管路系统的重要性和手工布管的缺点,提出了一种基于柔性导管模型的虚拟环境下管路布局设计方法.为了精确定位导管.提出基于位姿控制点的柔性导管建模技术.在该技术中,导管的形状和空间位姿可以通过位姿控制点实时调整和改变;利用自动生成和交互式调整两种导管布局方式,实现导管快速布局.为了提高管路附件的装配效率,开发了基于特征的管路附件的自动装配技术.在布局过程中综合利用了管路工程知识与规则,以保证布局结果的工程合理性.通过对管路布局结果进行数据后处理,生成导管加工统计信息和各种报表,以支持现场生产.     

光滑平面约束下的活动线缆物性建模与运动仿真技术

针对活动线缆在安装和服役过程中受到单面约束时的运动过程仿真问题,提出一种基于弹性细杆静力学理论的光滑平面约束下的活动线缆物性建模与仿真方法。该方法通过分析活动线缆在光滑平面约束下的受力情况,将活动线缆所受到的约束力用拉格朗日乘子表达,将节点与平面的相对空间位置关系作为限制活动线缆运动的约束方程,得到分布力作用下的活动线缆Kirchhoff平衡方程,并建立活动线缆的物理模型。进而采用非线性约束优化方法求解模型。最后根据不同假设条件进行算例测试,通过比较活动线缆的仿真形态和实际形态,验证模型和数值解法的正确性。结果表明,该模型和解法能充分真实地表达活动线缆的基本物理特性和活动线缆受到光滑平面约束时的形变特点。     

虚拟装配中基于导纳控制的力觉渲染技术

传统的力触觉渲染多采用阻抗控制,不能很好地满足虚拟装配的应用要求,相比之下导纳控制模式更适用这一领域.为此提出一种基于导纳控制的双线程力觉渲染构架,并给出相应的力觉渲染算法.首先建立用于导纳控制的动力学模型,并讨论了碰撞和约束这2个状态下的力觉渲染;为了使用力觉交互接口进行虚拟装配中的小间隙装配,提出物理约束与几何约束结合的力觉渲染方法;最后针对物理计算和力反馈循环2个线程刷新频率不匹配的问题,利用二次拉格朗日多项式进行数值插值,实现了力觉交互接口的平稳输出.通过力反馈设备与自主开发的虚拟装配原型系统VAPP的连接与应用,验证了所提出的算法满足虚拟装配系统中力觉交互的应用要求.     

虚拟装配系统中几何精度三维标注技术与方法

虚拟装配系统中几何精度三维标注用于实现几何精度在虚拟装配系统中的直观显示及装配尺寸链的交互生成.基于ACIS几何模型得到零件几何精度三维标注所需的精确几何信息和标注点位信息,并根据国家标准和国际规范构建几何精度三维标注模型;在此基础上,进一步建立了几何精度标注相对零件的随动变换和线性尺寸标注的辅助角度尺寸模型.相关模型和算法已在原型系统中得到实现,并通过实例验证了系统的规范性和实用性.     

楔形螺纹连接扭拉关系理论分析及拧紧特性

楔形锁紧螺母是一种应用广泛的防松结构,但是当前关于楔形螺纹连接的扭拉关系理论分析和拧紧特性因素分析的研究成果匮乏,导致楔形锁紧螺母的安装工艺一直缺少理论指导。首次建立并验证了楔形锁紧螺母拧紧过程的扭拉关系理论公式,并对其拧紧特性进行了影响因素分析。首先考虑楔形螺纹面的复杂几何形状,构建楔形斜面上任意区域的局部坐标系,通过坐标转换获得了任意楔形区域的平面方程、切向和法向矢量,在此基础上建立楔形锁紧螺母拧紧过程的扭拉关系理论公式;然后建立精确的楔形螺纹连接有限元模型,仿真了实际的拧紧过程,通过改变不同的摩擦系数、楔形角和螺距,得到拧紧扭矩-预紧力的离散数据点,通过对比理论公式所绘制的扭拉关系直线,从数值仿真角度验证了楔形螺纹连接扭拉关系理论公式的可靠性;同时,采用航空航天领域的两种典型楔形锁紧螺母作为试验对象,通过拧紧试验进一步验证理论公式的可靠性。最后系统研究了螺栓螺母材料、被压件材料、螺纹规格、螺母结构形式、拧紧次数等因素对楔形锁紧螺母扭矩系数和重复拧紧性能的影响规律。     

机理与数据融合的螺栓连接松脱预测

针对螺栓松脱状态下夹紧力变化难以精确预测的问题,提出一种机理引导数据的螺栓连接松脱特性预测方法。首先结合螺栓受载时的力学状态建立松脱过程机理模型,通过参数试验法对机理模型中各特征进行敏感度分析,提出松脱敏感度评价指标以获取松脱过程的关键特征;进一步考虑螺栓松脱的非线性特征及不确定性规律,提出一种基于高斯过程回归的螺栓松脱特性预测模型,并对该模型进行了验证。结果表明:与传统回归模型相比,该模型不但可获取预紧力平均值的变化情况,而且可同步描述概率意义上的预紧力变化置信区间,为螺栓松脱特性准确预测提供了保证;螺栓松脱试验及预测数据具有良好的一致性,证明了该模型的合理性。     

基于数字孪生的生产车间运行状态在线预测

针对数字孪生车间的在线预测难题,提出一种实时数据驱动的数字孪生车间运行状态在线预测方法。分析了车间数字孪生体的内涵和运行机制,构建了基于车间数字孪生体的仿真预测框架,阐述了基于事件调度法的仿真运行逻辑,建立了数字孪生车间输入特性、样本生成、事件处理逻辑之间的关系,融合实时数据实现了基于持续瞬态仿真的车间在线预测。设计并开发了面向数字孪生车间的运行状态在线仿真系统,通过实例验证了该方法的可行性和有效性。     

基于数字孪生的多轴数控机床轮廓误差抑制方法

针对数控机床高速高精加工过程中轮廓误差控制难的问题,提出一种基于数字孪生的轮廓误差抑制方法,并以数控机床的关键执行部件——多轴进给系统为具体对象,构建面向轮廓误差的"建模-预测-控制"闭环抑制技术框架.该方法针对多轴进给系统多属性交叉耦合的特点,建立其高保真数字孪生体,并通过数字-物理空间的多粒度信息传递,实现跨时间尺度下数字孪生体与物理实体在不同维度的虚实精确同步.通过对数字孪生体进行降阶表征,建立轮廓误差多因素动态影响关系模型,融合多粒度信息实现对轮廓误差的动态预估.基于轮廓误差动态预估结果,提出轮廓误差综合抑制方法,实现对时变运动控制参数下多轴进给系统的插补控制.最后,通过小型三轴数控机床的虚实同步运动实验,验证了所提方法的有效性.