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具有三维力反馈的协同虚拟装配系统关键技术研究

作　者: 曹倩
导　师: 贾庆轩；孙汉旭
学　校: 北京邮电大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 协同装配 同步策略 冲突控制 碰撞检测 三维力反馈
分类号: TG95
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 79次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


网络化的协同虚拟装配系统允许身处异地的多方参与者协作完成产品的预装配过程,从而共同验证产品可装配性、协商优化产品参数,进而缩短研制周期、降低生产成本。异地协同虚拟装配系统具有极其广阔的应用前景,是未来虚拟装配技术的发展方向之一。本文研究了协同虚拟装配系统体系结构构建方法,及相应的同步和冲突控制技术；并将三维力反馈技术应用到协同虚拟装配系统中,研究了虚拟装配场景中的实时碰撞检测和碰撞响应技术。论文的主要研究工作如下：首先,本文研究了协同装配系统体系结构构建方法,在比较分析几种典型结构优缺点的基础上,通过对协同装配系统特点的深入剖析,设计了基于C／S结构的混合式协同虚拟装配系统软件架构方案；在该体系结构的基础上,研究了同步与冲突控制技术,采用了基于C／P消息的数据传输方式实现系统中的同步控制；设计了一种基于令牌的机制实现协同装配操作中的冲突控制。然后,本文研究了基于空间域和基于时间域的实时碰撞检测算法,提出了适用于协同虚拟装配系统的"AABB包围盒-八叉树”算法,该方法将包围盒技术与空间剖分技术相结合,大大提高了碰撞检测的效率,进而提高了系统的整体性能；本文还研究了虚拟装配场景中的碰撞响应算法,提出在显示层面应用基于运动分析、在力觉输出层面应用基于物理分析的方法,该方法利用碰撞检测的结果对碰撞响应进行了运动和物理两方面的分析和解算,提高了碰撞响应的综合效果。最后,基于上述理论,本文实现了具有三维力反馈的协同虚拟装配系统。在该平台上进行了模拟装配仿真实验,对本文提出的相关算法进行了实验验证和结果分析。实验表明,该协同虚拟装配系统能够满足实时性、同步性和协同性的要求。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 课题的研究背景和意义  9
  1.2 课题关键技术的国内外研究现状分析  9-13
    1.2.1 协同装配技术的国内外研究现状  9-11
    1.2.2 协同虚拟装配系统体系结构的研究现状分析  11-12
    1.2.3 力觉反馈技术的国内外研究现状分析  12-13
  1.3 课题的主要研究内容  13-14
  1.4 本文的组织结构  14-15
第二章 协同虚拟装配系统体系结构中关键技术研究  15-26
  2.1 系统体系结构研究  15-21
    2.1.1 基于C/S模式的体系结构研究  15-17
    2.1.2 基于B/S模式的体系结构研究  17-18
    2.1.3 协同虚拟装配系统特殊性分析  18-19
    2.1.4 产品模型数据的层次结构分析  19
    2.1.5 一种针对协同虚拟装配系统的混合式体系结构  19-21
  2.2 协同装配系统中的冲突与同步控制策略研究  21-25
    2.2.1 协同编辑系统中常见冲突控制策略  21-23
    2.2.2 协同装配系统与协同编辑系统比较  23
    2.2.3 改进的针对协同装配系统的令牌冲突控制策略  23-24
    2.2.4 针对协同装配系统的C/P同步控制方法  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章 协同虚拟装配系统中反馈力解算算法研究  26-44
  3.1 协同虚拟装配系统中碰撞检测算法概述  26-27
    3.1.1 基于空间域的碰撞检测算法  26-27
    3.1.2 基于时间域的碰撞检测算法  27
  3.2 基于空间域的碰撞检测算法研究  27-38
    3.2.1 包围盒技术研究  28-34
    3.2.2 层次包围盒方法  34-36
    3.2.3 本文采用的"AABB包围盒-八叉树"算法  36-38
  3.3 实时三维力觉响应方法研究  38-43
    3.3.1 基于运动分析的碰撞响应算法  38-39
    3.3.2 基于物理分析的碰撞响应算法  39-42
    3.3.3 本文采用的方法  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章 具有三维力反馈的协同虚拟装配系统的实现  44-54
  4.1 客户端与服务器的功能划分  44
  4.2 功能模块间关系及系统的工作流程  44-45
  4.3 三维力反馈技术的实现  45-46
  4.4 虚拟装配过程仿真及实验  46-53
  4.5 本章小结  53-54
第五章 总结与展望  54-55
参考文献  55-58
致谢  58-59
攻读学位期间发表的学术论文目录  59

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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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