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基于语义的虚拟装配建模及装配操作推理方法研究与应用

作　者: 夏之祥
导　师: 范秀敏
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 虚拟装配 装配语义 产品装配信息建模 语义识别 语义导航
分类号: TG95
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 128次
引　用: 3次
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内容摘要


在产品设计中,装配过程是影响产品开发周期和成本的重要因素之一。工艺规划是装配过程规划中的一个重要环节,影响着单个工位装配操作的劳动强度与工作效率。基于虚拟现实技术的装配工艺规划为数字化产品装配规划提供了新的途径和方法,在这样一个虚拟装配试验环境中,人还是其中进行装配操作的主体,在计算机软件系统富有智能性的同时还能发挥人的知识与经验,也是装配工艺规划研究与发展的新趋势。本文研究的面向产品装配的语义模型建模与生成方法和基于语义的自然交互式徒手虚拟装配操作方法,为虚拟装配工艺规划中装配工艺信息的获取奠定基础。同时从装配任务层次捕捉用户的交互意图,使得用户能够在虚拟环境中方便、准确地进行装配,使装配操作效率得到明显提升。首先对交互虚拟装配操作中语义建模的功能需求进行了分析,在此基础上提出装配语义的定义。然后根据装配语义的定义,以功能特征为主要参考,对零部件之间的装配语义从顶层进行分类。最后为了支撑装配语义,提出基于语义的产品装配信息建模,并详细描述了零件模型、装配树模型、约束模型和语义模型,以及它们之间的内在联系。其次,设计了在CAD系统中生成上述产品装配信息模型的方法。基本思路是先通过两次递归遍历访问当前模型的装配树结构,第一次递归遍历得到零件数据和装配数据的部分信息,如:零件和装配的组件路径、局部变换矩阵、层次结构等;第二次递归遍历得到约束数据信息,如:约束类型、偏置值、约束的组件几何引用项及装配引用几何项等;然后在此基础上交互式定义装配语义。在这过程中涉及约束顺序的确定、语义的查找匹配、语义参数的输入等。再次,提出并实现了虚拟环境中对于语义的推理方法,包括语义的识别、确认、导航以及解算;以及在虚拟手单手交互操作过程中语义的处理方法,包括对虚拟手的抓取过程、移动过程和释放过程对语义的处理算法,并针对双手操作过程中出现的冲突提出了解决方案。最后,将上述方法和技术应用于“基于虚拟现实环境的虚拟装配工艺规划系统VAPPE”的开发中,并通过汽车发动机装配工艺规划,验证了本文所述方法和算法的正确性与有效性。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 虚拟现实技术在装配中的应用现状  11-13
    1.2.2 虚拟交互装配操作中约束表达的现状  13-14
    1.2.3 装配语义研究现状  14
    1.2.4 虚拟装配中约束处理现状  14-15
    1.2.5 研究现状总结与目前存在的问题  15-16
  1.3 论文的研究意义和内容  16-18
    1.3.1 论文的项目背景和目的  16
    1.3.2 论文的研究意义  16-17
    1.3.3 论文的研究内容  17-18
  1.4 论文章节安排  18-19
第二章 基于语义的产品装配信息建模  19-31
  2.1 语义建模功能需求分析  19-20
    2.1.1 交互虚拟装配操作对装配约束处理的要求  19
    2.1.2 基于语义的装配操作功能分析  19
    2.1.3 面向交互操作的装配语义功能分析  19-20
  2.2 面向交互操作的装配语义  20-23
    2.2.1 装配语义的定义  20
    2.2.2 装配语义的特点  20-21
    2.2.3 装配语义的分类  21-23
  2.3 基于语义的产品装配信息建模  23-30
    2.3.1 基于语义的产品装配信息模型  24-25
    2.3.2 零件模型  25-27
    2.3.3 装配树模型  27-28
    2.3.4 装配语义模型  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章 CAD 系统中产品装配信息模型的生成  31-41
  3.1 产品装配信息模型生成方法概述  31-32
  3.2 装配信息模型的生成方法  32-37
  3.3 装配语义模型的生成方法  37-39
  3.4 模型文件的输入与输出  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章 虚拟环境中基于语义的交互操作研究  41-60
  4.1 语义处理方法  41-51
    4.1.1 语义识别  41-44
    4.1.2 语义确认  44-47
    4.1.3 语义导航  47-50
    4.1.4 语义解算  50-51
  4.2 基于语义的单手交互式虚拟装配  51-56
    4.2.1 虚拟装配操作处理流程  51-52
    4.2.2 抓取过程中的语义处理  52-54
    4.2.3 移动过程中的语义处理  54-55
    4.2.4 释放过程中的语义处理  55-56
  4.3 基于语义的双手交互式虚拟装配  56-59
    4.3.1 冲突处理规则  56-57
    4.3.2 抓取过程中的冲突处理  57-58
    4.3.3 移动过程中的冲突处理  58-59
    4.3.4 释放过程中的冲突处理  59
  4.4 本章小结  59-60
第五章 原型系统开发与应用  60-74
  5.1 VAPPE 系统概述  60-62
    5.1.1 VAPPE 与IVAE  60-61
    5.1.2 VAPPE 的开发环境  61
    5.1.3 VAPPE 的交互设备  61-62
  5.2 VAPPE 系统开发  62-67
    5.2.1 VAPPE 系统功能描述  62-64
    5.2.2 VAPPE 系统组成框架  64-67
  5.3 应用实例  67-73
    5.3.1 产品装配信息模型生成  68-70
    5.3.2 交互式虚拟装配  70-73
  5.4 本章小结  73-74
第六章 总结与展望  74-76
  6.1 总结  74-75
  6.2 未来工作展望  75-76
参考文献  76-80
产品装配信息模型文件格式（附录）  80-84
致谢  84-85
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  85-87

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 钳工工艺与装配工艺 > 机器装配、机器安装法
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