基于虛擬現(xiàn)實(shí)的衛(wèi)星裝配工藝設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用.pdf

1、衛(wèi)星等復(fù)雜產(chǎn)品的裝配工藝規(guī)劃是一項(xiàng)難度很大的工作，它需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，影響產(chǎn)品的裝配質(zhì)量、周期和成本。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為解決上述問題提供了一種新的、低成本的快速手段。本文針對衛(wèi)星裝配生產(chǎn)中存在的問題開展虛擬裝配工藝設(shè)計(jì)方法及其關(guān)鍵技術(shù)的研究，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　闡述了虛擬裝配工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和特點(diǎn)，分析了衛(wèi)星裝配工藝設(shè)計(jì)中存在的問題，明確了衛(wèi)星虛擬裝配工藝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，提出了衛(wèi)星虛擬裝配工

2、藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和工作流程。從功能上將系統(tǒng)分為CAD建模子系統(tǒng)、虛擬裝配工藝規(guī)劃子系統(tǒng)、文檔生成與現(xiàn)場示教子系統(tǒng)以及兩個(gè)接口部分，從流程上將系統(tǒng)分為模型數(shù)據(jù)獲取階段、支持工藝規(guī)劃的虛擬操作階段、虛擬裝配順序規(guī)劃和路徑規(guī)劃階段、以及裝配現(xiàn)場應(yīng)用和示教階段。
　　研究了虛擬環(huán)境下的裝配建模技術(shù)。在分析虛擬裝配模型表達(dá)的信息需求和滿足的基本要求的基礎(chǔ)之上，提出了基于層次約束結(jié)構(gòu)的虛擬裝配模型，將產(chǎn)品信息在虛擬環(huán)境下分為產(chǎn)品層、部件層

3、、零件層、特征層、幾何面層以及面片層來表達(dá)，并建立各層元素之間的約束關(guān)系。實(shí)現(xiàn)了CAD系統(tǒng)和虛擬裝配系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將CAD系統(tǒng)的信息分解為幾何信息、拓?fù)湫畔ⅰ哟谓Y(jié)構(gòu)信息和裝配約束信息，通過不同途徑分別提取出來轉(zhuǎn)換到虛擬環(huán)境，在此基礎(chǔ)上建立產(chǎn)品的裝配模型。建立了根據(jù)虛擬裝配模型生成的虛擬裝配場景圖的結(jié)構(gòu)，從而方便執(zhí)行虛擬環(huán)境下的裝配和拆卸操作。
　　研究了基于幾何約束的虛擬裝配操作定位技術(shù)，從而為支持虛擬環(huán)境下交互式裝配工藝

4、規(guī)劃和評價(jià)奠定基礎(chǔ)。提出了面向虛擬裝配的層次式碰撞檢測算法，從包容盒層、空間分割塊層、幾何面層、精確面片層四個(gè)層次進(jìn)行遞進(jìn)式判斷，一方面可有效提高算法的精度和效率，另一方面可直接返回發(fā)生碰撞的幾何面對，從而為虛擬環(huán)境下的約束識別提供依據(jù)。提出了基于幾何面約束求解的精確定位方法，從而對零件進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的定位。提出了幾何約束動態(tài)識別和管理的有效機(jī)制，通過碰撞檢測、零件匹配、幾何面匹配、優(yōu)先關(guān)系選擇等步驟提高約束識別的效率和準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)了約

5、束管理器對虛擬環(huán)境下的幾何約束進(jìn)行動態(tài)維護(hù)和管理，實(shí)現(xiàn)了基于幾何約束的零件運(yùn)動導(dǎo)航。
　　研究了虛擬環(huán)境下的裝配順序規(guī)劃和路徑規(guī)劃。針對自動裝配順序規(guī)劃和交互式裝配順序規(guī)劃都存在的問題，提出了一種智能裝配順序推理和交互式裝配順序規(guī)劃評價(jià)相結(jié)合的方法。提出了優(yōu)先約束表的概念，利用它對零件之間的優(yōu)先約束關(guān)系進(jìn)行有效表達(dá)。設(shè)計(jì)了與優(yōu)先約束表緊密結(jié)合的基于蟻群算法的裝配序列規(guī)劃過程，利用它生成初始優(yōu)化的裝配順序。以初始優(yōu)化的裝配順序作為引

6、導(dǎo)，在虛擬環(huán)境下進(jìn)行交互式裝配規(guī)劃、仿真和評價(jià)，充分發(fā)揮裝配人員的經(jīng)驗(yàn)和知識，在實(shí)現(xiàn)裝配工具精確定位和操作仿真的基礎(chǔ)上，考慮工具操作空間對裝配順序的影響，不斷生成新的優(yōu)先約束和評價(jià)準(zhǔn)則，從而規(guī)劃出更加優(yōu)化的裝配順序。不斷反復(fù)和完善，直到得到滿意、合理、實(shí)用的最佳裝配順序?yàn)橹?，最后給出了裝配路徑的生成和優(yōu)化方法。
　　研究了根據(jù)虛擬裝配規(guī)劃的結(jié)果生成工藝文件的方法和裝配現(xiàn)場示教。通過對虛擬裝配過程中產(chǎn)生的工藝信息進(jìn)行有效組織和表達(dá)，