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虚拟装配系统及应用研究

作　者: 敬兴久
导　师: 钟家骐
学　校: 电子科技大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 虚拟装配装配模型装配仿真碰撞检测约束 WTK
分类号: TG95
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 17次
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内容摘要

作为虚拟制造的关键技术之一,虚拟装配技术近年来受到了学术界和工业界的广泛关注。通过建立产品数字化装配模型,可以在计算机上创建近乎实际的虚拟环境,以便对产品的装配过程进行模拟与分析,预估产品的装配性能, 及早发现潜在的装配冲突与缺陷,并将这些装配信息反馈给设计人员。运用虚拟装配技术,可以用数字样机代替传统设计中的物理样机,这不但有利于并行工程的开展,而且还可大大缩短产品开发周期,降低生产成本,提高产品在市场中的竞争力。因此,虚拟装配技术的研究对于敏捷制造、虚拟制造等先进制造模式的实施具有重要的意义。本课题对虚拟装配的研究现状、关键技术以及虚拟装配系统的实现方法进行了分析研究,主要内容如下: (1) 分析了本虚拟装配系统所要完成的主要功能、进行系统总体结构设计,并选择Visual C++ 6.0 和WTK 9.0 作为系统开发的软件环境。(2) 研究了产品的数字化装配模型和虚拟装配场景的构建方法。在分析了几种典型的装配模型后,确定本系统采用等级模型,该模型具有结构简单、运算效率高等优点;分析了CAD 系统和虚拟装配系统中零件模型的表达方式,利用UG系统提供的二次开发接口UG Open/API 获取零件信息,实现了从CAD 系统文件到中性文件的数据转换;详细阐述了虚拟装配场景的组织和具体实现过程。(3) 进行了装配仿真及其关键技术研究。给出了装配仿真的设计思想和实现流程;重点讨论了仿真实现的关键技术,包括碰撞检测的基本算法及其加速方法、装配约束的建立和受约束运动的实现等。(4) 完成了装配工艺设计系统的研究和开发,实现了工艺规程的导航和工艺过程的可视化。最后,本文针对一个具体应用实例,构建了一个虚拟装配场景,实现了产品的装配过程仿真和可视化的装配工艺设计。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-18
  1.1 课题背景及意义  9-10
  1.2 虚拟装配的定义和特点  10-12
    1.2.1 虚拟现实技术  10-11
    1.2.2 虚拟装配的定义  11
    1.2.3 虚拟装配的分类  11-12
    1.2.4 虚拟装配的特点  12
  1.3 国内外研究状况  12-15
  1.4 课题主要研究内容  15-18
第二章系统的总体设计  18-23
  2.1 系统开发环境  18-19
  2.2 三维建模工具  19
  2.3 虚拟世界工具包WTK  19-21
    2.3.1 WTK 的特点  19-20
    2.3.2 WTK 的场景结构  20-21
    2.3.3 WTK 的几何场景构造  21
  2.4 系统总体结构  21-23
第三章装配模型及虚拟装配场景的建立  23-41
  3.1 产品装配建模  23-27
    3.1.1 装配关系的描述  23-24
    3.1.2 几种典型的装配模型  24-27
  3.2 产品零件的CAD 模型  27-28
    3.2.1 几何建模  27-28
    3.2.2 物理建模  28
  3.3 虚拟装配系统的零件模型分析  28-30
    3.3.1 零件的多边形面片表示  28-29
    3.3.2 零件的信息层次模型  29-30
  3.4 零件信息的获取  30-36
  3.5 零件模型的建立  36-38
    3.5.1 零件模型各层次间的映射关系  36
    3.5.2 零件信息的组织  36
    3.5.3 零件拓扑视图的实现  36-38
  3.6 装配场景的设计与实现  38-41
    3.6.1 虚拟装配场景的建立过程  38
    3.6.2 装配场景的实现  38-41
第四章零件装配过程仿真  41-57
  4.1 装配仿真的定义和分类  41
  4.2 装配仿真设计思路  41-42
  4.3 零部件的位姿和运动描述  42-43
  4.4 装配仿真的实现流程  43-46
  4.5 仿真实现的关键技术  46-57
    4.5.1 碰撞检测  46-52
      4.5.1.1 概述  46
      4.5.1.2 基本算法及其加速方法  46-48
      4.5.1.3 包围盒排序法  48-51
      4.5.1.4 包围盒层次法  51-52
    4.5.2 配合特征的识别  52-53
    4.5.3 装配约束的建立  53-55
    4.5.4 受约束运动的实现  55-57
第五章装配工艺设计系统  57-60
  5.1 工艺规程的分解  57
  5.2 开发环境  57-58
  5.3 工艺规程的导航  58
  5.4 工艺过程的可视化  58-60
第六章系统的应用举例  60-68
  6.1 虚拟装配场景及装配过程仿真  60-65
    6.1.1 装配场景建立  60-61
    6.1.2 界面窗口  61-63
    6.1.3 定义装配特征  63-64
    6.1.4 装配过程仿真  64-65
    6.1.5 零件的约束建立和受约束运动  65
  6.2 装配工艺设计系统  65-68
第七章总结与展望  68-70
  7.1 论文主要工作  68-69
  7.2 今后工作展望  69-70
参考文献  70-73
在校期间发表的学术论文  73-74
致谢  74

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