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基于几何可能集和接触约束的虚拟装配仿真技术研究应用

作　者: 张晓
导　师: 谭建荣；刘振宇
学　校: 浙江大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 虚拟装配装配仿真几何约束自由度分析干涉检测约束求解约束识别运动导航接触约束
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 203次
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内容摘要

虚拟装配技术是数字化设计与制造领域的关键技术，装配过程仿真是实现产品虚拟装配的一个重要环节。本文结合国家973子项目，较系统的研究了虚拟仿真装配过程及其相关技术，分析了几何约束求解过程，给出了通过建立几何约束可能集合来提高装配效率的方案，提出了基于接触约束的装配方法，开发了系统ConVAS作为应用实例。第一章概述了虚拟装配的定义及研究意义，综述了虚拟装配及相关技术的研究状况，并给出了论文的主要研究内容及总体结构框架。第二章详细推导了各种类型约束匹配条件下的数学描述，以及约束求解与自由度归约的过程，实现了交互式指定和解除约束对零件进行静态装配的，改进了一些求解的算法以提高效率。第三章研究了基于几何约束可能集合的动态仿真装配零件的过程，改进了约束识别、约束确认和运动导航的算法，实现了实时干涉检测。阐述了通过装配过程中记录关键点生成装配路径的方法。第四章提出了基于接触约束的动态仿真装配过程。首先，研究了干涉检测方法并提出了干涉响应的处理方案。其次，给出了接触点的定义和计算方法，根据接触点将接触关系分类，分析了各类接触约束的自由度。接着提出了根据接触约束导航装配零件的方法。最后，总结了装配导航流程。第五章在前面四章的研究基础之上，介绍了ConVAS系统的设计、框架及功能实现，通过多个装配实例对系统功能进行验证，并展示了实例效果图。第六章总结了本文的研究内容，包括改进算法、ConVAS系统实现的功能及优缺点，并展望了今后的努力方向。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 虚拟装配及相关技术研究综述  10-14
  1.3 虚拟装配技术发展趋势  14-15
  1.4 论文研究内容及结构  15-17
    1.4.1 论文研究内容  15-16
    1.4.2 论文总体结构  16-17
  1.5 本章小结  17-18
第二章基于几何约束的交互式静态装配  18-33
  2.1 引言  18
  2.2 虚拟装配模型表达  18-20
    2.2.1 零件几何模型的获取  18-19
    2.2.2 零件间装配关系存储  19-20
  2.3 基于几何约束的定位求解  20-27
    2.3.1 几何约束分类及相关自由度分析  20-22
    2.3.2 几何约束的数学描述  22-24
    2.3.3 几何约束的矩阵求解  24-26
    2.3.4 几何约束求解性能优化  26-27
  2.4 交互式指定和解除装配约束  27-32
    2.4.1 交互式指定几何约束对象和类型  27-28
    2.4.2 增量几何约束  28-29
    2.4.3 几何约束解除  29-31
    2.4.4 几何约束冗余与冲突  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章基于几何约束可能集合的动态装配过程仿真  33-45
  3.1 引言  33
  3.2 基于可能集合的几何约束识别  33-38
    3.2.1 建立轴线可能集合识别同心约束  33-36
    3.2.2 建立干涉可能集合识别贴合约束  36-37
    3.2.3 几何约束确认  37-38
  3.3 各种几何约束下的运动导航  38-42
    3.3.1 同心约束下的运动导航  38-40
    3.3.2 贴合约束下的运动导航  40-41
    3.3.3 装配过程仿真流程  41-42
  3.4 装配路径记录和过程重现  42-44
    3.4.1 装配路径记录  43
    3.4.2 装配过程重现  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章基于接触约束的动态装配过程仿真  45-61
  4.1 引言  45
  4.2 干涉检测及响应  45-48
    4.2.1 装配运动中干涉检测  45-46
    4.2.2 装配运动中干涉响应  46-48
  4.3 接触约束识别  48-52
    4.3.1 接触点抽象化  48-49
    4.3.2 接触约束类型  49-50
    4.3.3 接触约束与相关自由度分析  50-52
  4.4 基于接触约束的运动导航  52-59
    4.4.1 基于接触约束的平移运动导航  53-55
    4.4.2 基于接触约束的旋转运动导航  55-57
    4.4.3 多接触约束的运动导航  57-59
    4.4.4 基于接触约束的装配导航流程  59
  4.5 本章小结  59-61
第五章虚拟装配仿真系统:ConVAS  61-84
  5.1 引言  61
  5.2 虚拟装配系统设计  61-63
    5.2.1 虚拟装配系统功能需求  61-62
    5.2.2 系统框架和功能模块  62-63
  5.3 虚拟装配系统实现  63-68
    5.3.1 系统的开发环境与集成  63
    5.3.2 虚拟装配系统功能实现  63-68
  5.4 系统实例  68-83
    5.4.1 后轮箍制动阀  69-70
    5.4.2 止回阀  70-74
    5.4.3 一级圆柱齿轮减速器  74-78
    5.4.4 宝石机  78-83
  5.5 本章小结  83-84
第六章总结与展望  84-86
  6.1 论文总结  84
  6.2 未来工作展望  84-86
参考文献  86-92
附录  92-93
致谢  93

基于几何可能集和接触约束的虚拟装配仿真技术研究应用

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