虚拟环境中基于约束动态解除的产品拆卸技术研究

虚拟拆卸是验证产品可拆卸性与可维护性、确定产品装配序列的有效手段．提出虚拟拆卸过程中配合约束的自动解除方法．随着拆卸过程的递进，根据设计者的交互意图，适时取消零件所受的配合约束．实现了虚拟拆卸过程中零件的约束运动，将运动传感器检测到的设计者手的实际运动映射到虚拟环境中零件的可自由运动空间，以有效地支持虚拟环境中交互拆卸的完成．相关方法在虚拟设计与装配原型系统的研究与开发中得到实现．     

基于触觉反馈和运动约束的虚拟装配操作

该文将人对虚拟对象的抓取分为两个过程,然后分别对这两个过程的触觉反馈进行模拟,使用户产生真实的操作感觉。然后根据零件在装配过程中受到的约束,对零件的运动进行约束,同时提出基于虚拟工具的运动轴线与连接件的轴线对齐的方法对虚拟工具的运动进行约束,从而实现自然直观的交互手段。     

基于装配约束动态管理的虚拟拆卸

装配约束是虚拟拆卸环境下必须考虑的装配体的重要信息，提出虚拟拆卸过程中装配约束的动态管理机制，并实现了基于装配约束导航的虚拟拆卸。装配约束的动态管理包括虚拟环境下装配约束的获取、表达以及拆卸过程中装配约束的动态维护，即装配约束的动态解除和产生，文中用装配约束图表达零件间的装配约束，提出装配约束的间接解除方法，并实现了基于装配约束推理的零件可拆卸方向的推导。最后，通过一个简单装配体的拆卸实例，对文中方法进行了验证。     

虚拟环境中产品装配过程回溯方法研究

在记录虚拟装配过程的基础上，提出基于任务时间的虚拟装配过程整体回溯与基于任务对象的虚拟装配过程局部回溯方法．虚拟装配过程整体回溯以装配任务时间为回溯准则，允许将装配场景中零部件的方位与装配关系回溯到曾经存在的装配历史状态，而虚拟装配过程局部回溯，是根据装配序列中零件间装配约束与几何干涉方面存在的相关性进行装配过程的选择性回溯．文中方法在虚拟设计与装配原型系统开发中得到实现．实践表明，装配过程回溯方法有效地提高了虚拟环境中产品装配设计的效率。     

基于资源特征融合的复杂型面配合决策方法

针对复杂产品虚拟装配过程中零部件间匹配关系描述不清晰、反映装配约束的特征属性考虑不足、装配序列规划中零件配对精度不高等问题,提出基于资源特征融合的复杂型面配合决策方法.在分析典型复杂型面结构体的装配工艺关联、匹配型面特征,以及装配设计意图的基础上,构建包括工程语义(engineering semantic,ES)、单元件(single element,SE)、装配约束(assembly constraints,AC)、装配端口(assembly port,AP)、装配空间关系(assembly space relation,ASR)等多特征融合的特征装配集,采用有向无环图对特征装配集进行模块化封装和拓扑排序,获取最优装配序列,并通过模糊理想解法完成复杂型面结构体特征装配集模型从定性输入到定量求解,再到定性输出的映射变换,实现特征装配集间的精准匹配,给出匹配决策过程.最后,通过应用案例验证模型与算法的有效性,为实现复杂型面结构体高效精确装配提供新思路.     

基于OpenFlight的虚拟装配信息表达技术

为实现模型从CAD系统到虚拟装配系统的转换,提出基于OpenFligth的装配信息表达方法。将虚拟装配所需要的模型信息分为装配信息和零件信息两个层次,通过CAD二次开发技术,提取装配信息及零件信息,分别写入扩展后的OpenFlight层次化模型数据库。基于OpenFlight的信息表达方法解决了模型重构技术中繁杂的映射问题,避免了装配信息向中性文件的写入过程,具有可扩展性,较好地解决了CAD系统与虚拟装配系统之间的数据集成问题。建立基于Vega的虚拟装配系统,验证了转换方法的可行性。     

支持组合夹具虚拟组装的元件精确定位技术

针对现有虚拟装配定位方法存在约束识别效率不高和处理不方便的问题,通过分析组合夹具的特点,研究了虚拟环境下进行组合夹具组装的元件精确定位技术.首先提出了基于功能域的装配约束识别方法,通过捕捉装配意图,快速而准确地识别出装配件与已装配元件之间的几何约束关系;其次研究了约束求解方法对装配件的空间位姿进行调整,使之满足建立的装配约束,同时基于约束矩阵进行运动自由度的表达和归约,分析待装配件的约束状态;最后研究了夹具元件虚拟组装过程中的运动导航算法,对设计者的装配操作进行引导.文中方法已经成功地应用在组合夹具虚拟组装系统中.     

面向虚拟装配的产品层次信息表达研究

提出了将虚拟装配中的产品属性与行为信息分为产品层、特征层、几何拓扑层以及显示层。通过产品层次信息模型中的数据映射与约束映射,实现产品信息的层次间关联。面向虚拟装配的产品层次信息模型在满足虚拟现实实时性要求的同时,不仅保持了CAD静态设计信息的完整性,还表达了零件在虚拟环境中的动态行为信息。     

基于Java 3D的交互式三维动画的研究

为了建立基于工程图学的虚拟实验室,在计算机的屏幕上虚拟现实中零件的装配,笔者通过对两种虚拟语言VRML与Java 3D的分析比较,选定以Java 3D为虚拟平台,在引入.obj文件的基础上,按照现实中零件的安装和工作过程,通过设定相应的程序来实现零件的交互和装配过程,并完成了对零件交互式三维装配动画以及工作原理的论述。以压板为例,给出了一个基于Java 3D的交互式三维装配动画的例子,实现了该装配体在虚拟现实中的要求,达到了虚拟装配的目的。从而验证了该方法在现实零件装配中的预见性和优越性。     

基于Pro/E直齿圆柱参数化设计与运动仿真

本文在Pro/E4.0环境下,利用直齿圆柱齿轮建立参数化模型的方法.此设计方法在进行不同齿数设计时,只需输入圆柱齿轮的已知参数,就可以迅速精确地生成所需的三维实体模型,提高了直齿圆柱齿轮的建模效率.同时在虚拟装配中定义各种约束确定了齿轮副的相对位置与啮合关系,定义齿轮机构的连接与伺服电机,实现了齿轮副的运动过程仿真.参数化建模、虚拟装配、运动仿真贯穿于整个计算机辅助设计过程.     

Assembly operation process planning by mapping a virtual assembly simulation to real operation

Virtual assembly has been widely used in product development. However, virtual operation and actual operation are different in time and space, the simulation of interactive virtual assembly cannot support the assembly operation's process planning directly. In this paper, the solution for assembly operation's process planning is developed based on interactive virtual assembly. According to the solution, interactive assembly operation is used to obtain the actions of operation sequence. The actions are mapped into the data of a real operation action to obtain real operation actions. Then assembly operation cards can be obtained. To support the assembly operation actions obtained through virtual assembly simulation, a product assembly model is proposed. An operation semantic model is used to replace the geometric constraint model of assembly, which contains several ordered geometric constraints and some engineering restriction conditions. To test the solution and the models, one process planning example of an automobile engine is introduced. The results verified the feasibility and the effectiveness of the methods.     

Robot-enabled tangible virtual assembly with coordinated midair object placement

The assembly in Virtual Reality (VR) enables users to fit virtual parts into existing 3D models immersively. However, users cannot physically feel the haptic feedback when connecting the parts with the virtual model. This work presents a robot-enabled tangible interface that dynamically moves a physical structure with a robotic arm to provide physical feedback for holding a handheld proxy in VR. This enables the system to provide force feedback during virtual assembly. The cooperation between the physical support and the handheld proxy produces realistic physical force feedback, providing a tangible experience for various virtual parts in virtual assembly scenarios. We developed a prototype system that allowed the operator to place a virtual part onto other models in VR by placing the proxy onto the matched structure attached to a robotic arm. We conducted a user evaluation to explore user performance and system usability in a virtual assembly task. The results indicated that the robot-enabled tangible support increased the task completion time but significantly improved the system usability and sense of presence with a more realistic haptic experience.     

基于VRML-JAVA的网络交互式虚拟装配环境构建

虚拟现实建模语言(VRML)作为构建网络虚拟现实的国际标准，其应用得到了越来越多的关注。该文讨论了VRML虚拟场景与外界交互的手段和方法，着重研究了通过VRML外部编程接口EAI利用Java Applet来实现交互式网络虚拟装配环境的方法和实现过程，并给出了运行实例，通过该平台可以实现异地设计信息交流。     

VDVAS：一个集成的虚拟设计与虚拟装配系统

随着虚拟现实技术的逐渐成熟，研究者们已将其引入到工程领域，为实现虚拟设计与虚拟装配过程的集成，避免现有的虚拟装配系统中，虚拟环境与CAD系统间所必需进行的复杂的、无谓的数据传输，描述了一个基于多通道的、集成的虚拟设计与虚拟装配系统VDVAS。在该系统中，设计得可以通过直接三维操作和语音命令直观方便地建立机械零件及其装配模型，并通过交互拆装来得到零件的装配顺序和装配路径等信息，VDVAS的一个重要特征在于，可通过集成虚拟设计与虚拟装配过程，使设计者能在一个集成的虚拟环境中修改零件几何（假如在装配过程中发现零件存在设计缺陷的话）。     

虚拟实验环境中的实体及其建模

虚拟实验的元器件模型通过用数学模型来代替物理上存在的具体的物理器件,这种数学模型应该能够正确的反映器件的物理特性和电学特性,且便于在计算机上作数值计算。文章分析了虚拟实验环境中的虚拟实体的特性和行为特征,提出了一种虚拟实验的建模分类方法与虚拟元件的建模方法,将元器件的建模分为基于正向操作模型建立和基于逆向操作的模型建立,并通过分析电子实验的特点,探讨了电子实验的元件建模方法和元件的模型的类结构图,建立了电子实验的元件的模型类体系结构,并分析了这种建模方式的特点和优缺点。     

A desktop virtual reality-based interactive modular fixture configuration design system

Modular fixture configuration design is a complicated task requiring strong professional background and practical experience. However, automated or semi-automated computer aided modular fixture systems based on CAD packages still are not well accepted by the manufacturing industry due to the lack of intuitive interaction and immediate feedback compared with traditional models such as paper and physical models. In this paper, a novel Virtual Reality-based system for interactive modular fixture configuration design is presented. We use a multi-view based modular fixture assembly model to assist information representation and management. In addition, the suggested strategy is compatible with the principles of virtual environment and it is easy to reutilize the element model. Based on geometric constraints, we propose a precise 3D manipulation approach to improve intuitive interaction and accurate 3D positioning of fixture components in virtual space. Thus, the modular fixture configuration design task can precisely be performed in virtual space.     

Physics-based virtual reality for task learning and intelligent disassembly planning

Physics-based simulation is increasingly important in virtual manufacturing for product assembly and disassembly operations. This work explores potential benefits of physics-based modeling for automatic learning of assembly tasks and for intelligent disassembly planning in desktop virtual reality. The paper shows how realistic physical animation of manipulation tasks can be exploited for learning sequential constraints from user demonstrations. In particular, a method is proposed where information about physical interaction is used to discover task precedences and to reason about task similarities. A second contribution of the paper is the application of physics-based modeling to the problem of disassembly sequence planning. A novel approach is described to find all physically admissible subassemblies in which a set of rigid objects can be disassembled. Moreover, efficient strategies are presented aimed at reducing the computational time required for automatic disassembly planning. The proposed strategies take into account precedence relations arising from user assembly demonstrations as well as geometrical clustering. A motion planning technique has also been developed to generate non-destructive disassembly paths in a query-based approach. Experiments have been performed in an interactive virtual environment including a dataglove and motion tracker that allows realistic object manipulation and grasping.     

基于循环迭代的飞机虚拟拆装过程建模方法

将循环迭代法应用于飞机虚拟拆装,研究飞机的拆装过程,提出一种基于循环迭代的虚拟拆装过程建模方法。结合飞机拆装过程动态循环的特性和虚拟人拆装行为并行相似的特点,建立虚拟人拆装行为参数化模型,规范虚拟人拆装行为的统一表达;在此基础上,分析虚拟人与部件的交互关系,构造虚拟人拆装行为、拆装次序、部件状态之间的迭代函数,建立虚拟拆装过程模型,实现虚拟人拆装行为的参数化描述和部件拆装过程的表达。以分布式虚拟维修训练平台中的集中故障显示接口组件拆装为例,对该方法进行仿真验证和比对,结果表明,以虚拟人拆装行为变化表示的部件状态变化使部件的拆装更易于表达,拆装训练效率有所提高。     

VLAB中虚拟元件库建模方法研究及实现

虚拟元件库是虚拟实验室中重要的组成部分，本文将面向对象的方法应用到虚拟元件库的建模中，根据虚拟实验室系统的对象及其相互关系来构造仿真模型，在此基础上详细分析了虚拟元件库的设计和实现方法。通过虚拟元件库的创建使得虚拟元件具有良好的独立性、扩充性、可重性和可维护性，为进行虚拟实验奠定了良好的基础。