基于wtk虚拟现实平台的装配规划与仿真技术的-研究

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1、承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1

2、.1研究背景及其意义[1]据统计，在产品的生产过程中大约1/3左右的人力在从事与装配有关的生产活动，产品装配所需的工时占产品生产制造总工时的20%~30%，所需的成本占制造成本40%~50%。因此装配是生产过程的一个重要且复杂的环节，它严重影响着产品的性能、质量、开发周[2]期和成本。另外，随着制造业向自动化方向的发展，装配环节成为了制约生产自动化的主要因素。为了保证产品的可装配性，提高产品装配质量和降低装配成本，在设计阶段对产品进行装配工艺规划是必不可少的。装配工艺规划是指在已知产品与相关制造资源完整信息的[3-

3、5]条件下，得到产品详细装配方案的过程。装配方案中通常会包括零部件的装配序列、装配路径、使用的工装夹具和装配时间等内容。传统的装配规划采用人工方式，工艺设计人员根据设计图纸和技术文档，通过分析产品装配图中零件的几何形状和位置关系，必要时再和设计人员进行讨论，进一步明确设计意图，利用自己的经验和知识规划出产品的装配方案。采用这种方法，装配规划人员工作量大、效率低，且难以保证装配方案的合理性和经济性。随着计算机集成制造技术CIMS的发展和应用，对装配工艺规划过程提出了计算机化的要求，需实现与产品设计过程中其它环节的集成

4、。于是在80年代初，出现了对计算机辅[6]助装配规划(ComputerAidedAssemblyPlanning，CAAP)技术的研究。早期对计算机辅助装配工艺规划的研究主要集中于利用计算机技术对产品的空间几何、拓扑结构和装配约束关系进行自动分析和推理，建立零部件间的优先约束关系，从而找出所有几何上可行的装配序列，并通过某种评价机制如最短装配时间、最小装配成本对装配规划结果进行优选。但是这些方法进展不大，很难在实际过程中使用，其主要原因在于：1）上述方法在实际应用时，随着装配零件的增多容易导致装配顺序解空间的组合爆

5、炸，计算复杂性很高，效率低下；2）自动装配规划方法在进行装配工艺评价时，评价因素过窄，尤其是对于难以在计算机中定量化表示的影响因素考虑不足，如装配的简易性，导致实用性较低；3）产品装配过程是个经验性很强的过程，而这种方法不能利用专业装配人员的已有装配经验，使得产生的装配方案不能很好的符合生产实际。于是人们提出了在计算机中利用已有零件的几何模型来模拟现实的装配场景进行装配工艺规划，目前一些商业化的CAD软件已经实现了通过操作虚拟零件几何模型来进行装配1基于WTK虚拟现实平台的装配规划与仿真技术的研究规划的方法，如Pr

6、o/E，但是仍存在以下问题：1）一般CAD软件能够实现产品的零部件布局但忽略产品的装配过程，只能根据自己定义的装配约束关系使零部件到达最终的装配位置，无法获取可行的装配路径；2）这些系统只能完成对零件的几何模型仿真，而无法实现零件物理特征的仿真，如装配过程中零件之间的碰撞与干涉，因此对装配方案的合理性无法进行评价；3）输入方式简单，只能通过二维的输入输出设备（鼠标、键盘和平面显示器等）对零件的几何模型进行操作，装配规划的效率较低。随着虚拟现实技术的发展，在上世纪90年代中期，提出了利用虚拟现实技术提供的沉浸性、交互

7、性、想象性和逼真性的虚拟场景来实现装配工艺规划的方法，即虚拟装配工艺[7]规划。虚拟装配工艺规划的核心思想是：以装配工艺规划人员为中心，利用虚拟现实技术建立一个高逼真的多模式如视觉、听觉、触觉等的交互装配操作环境，由装配规划人员根据经验、知识和实际条件在计算机虚拟环境中交互地建立产品零部件的装配序列和空间装配路径，选择工具、卡具和装配操作方法，并通过多种传感装置分析装配过程中的各种人机工程问题，可视化和可感知地分析各种工艺方法的优劣和实用性。同时通过虚拟现实技术还可以实现装配过程仿真。它可以实时的、交互的进行零部件

8、之间的碰撞干涉检查，使得尚处于设计阶段的产品，在实际生产之前，其装配过程已经在虚拟环境下得到验证和评价，从而提高产品质量，缩短新产品开发周期，减少成本，最终得到一个合理、经济、实用、符合人机工程要求的产品装配规划。作为并行工程的关键技术，面向装配的设计正在成为研究的热点。虚拟装配技术作为[8]面向装配设计的使能技术，它将从根本上改变传统的产品设计模式，实现产