基于运动捕获的飞机管路虚拟装配仿真技术研究

《基于运动捕获的飞机管路虚拟装配仿真技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于运动捕获的飞机管路虚拟装配仿真技术研究ResearchonVirtualAssemblySimulationTechnologyofAircraftPipelineBasedonMotionCapture北京航空航天大学机械工程及自动化学院范为赵罡肖文磊范为硕士，主要研究方向为结构装配仿真．人机工程仿真。虚拟装配是近年来装配领域的一个重要研究方向，虚拟装配技术体现了两层映射”。2]：一是虚拟世界中的模型映射真实产品；二是模型仿真步骤映射产品装配步骤。前者省掉了产品物理样机，后者可实现装配过程可行性验证[3-

2、4]o虚拟装配技术主要包括相应飞机产品结构件的装配顺序规划和装配路径规划【5]。装配顺序规划是指已有几何模型装配过程或拆卸过程提出通过运动捕获的方式实时获取虚拟人动作姿态，将其应用在Delmia软件和独立开发的程序中进行虚拟人仿真的方法，完成人机工程装配仿真，并在一套产品实例装配仿真系统中进行验证。经过实践验证，在人机工程装配仿真中使用此种方法。操作者的动作可以控制软件中的虚拟人完成装配仿真动作。相比传统的虚拟人姿态控制方式，此方法可大幅提高虚拟人装配仿真的工作效率，节省调整虚拟人姿态工作时间oDOI：10．1

3、6080／j．issnl671．833x．2015．23／24．075的零部件运动顺序，根据“变拆为装”的思想，只有经过合理的零部件拆卸顺序逆转处理才能获得合理的产品装配顺序，完成产品实例装配过程。装配顺序规划是装配方案设计中最重要的一项步骤，决定了装配仿真方案是否合理。路径规划是指产品模型在装配过程中的运动路径设计，既包括产品在指定装配路径引导下能否到达终点位置、实现装配目标，也包括产品在运动过程所经过的空间位置是否会被障碍物遮挡，是否能够按照预定方案完成装配路径运动等情况。装配路径规划通常是三维仿真软件(如

4、Catia／Delmia)装配仿真过程中最常用到的功能，所指定的运动路径既可是二维平面运动，也可是三维空间运动。在Catia软件中，通过Automation开发方式，提供大约360个操作函数接口，覆盖Catia软件中的大部分常用功能，利用宏或脚本，将一系列的命令和操作进行编辑，实现Catia功能的自动操作和连续执行；通过VisualBasic编写脚本，即以VBA的方式建立Catia图形界面接口，完成Catia软件中的自定义功能，是一种较高层次的Catia二次开发实现。本文针对某新型号飞机项目，使2015年第23

5、／24期·航空制造技术75用一套飞机装配产品实例，针对某部件管路结构的装配仿真，通过动作捕捉设备，使用运动捕获的方式获取虚拟人姿态，完成人机工程装配仿真，验证操作者虚拟装配实际操作的可达性。在实际使用中，通过Delmia软件和独立开发程序分别验证了此种人机工程装配仿真方法的可行性，并对两种使用环境特点进行了对比。考虑到新型号飞机中涉及很多创新理论的实践和验证，且新型号项目中的飞机无法大规模生产，由此导致了新型号飞机项目的成本提高、工作量增大。在以前的新型号试制任务中，需要在先完成生产图纸前提下，制造两架新型号飞

6、机的原型机，在制造过程中发现一些产品零件及产品装配的实际应用问题或操作问题，发现问题后修改图纸，再进行原型机的修改制造步骤。经过长时间的摸索和修改，两架原型机制造完成后，再进行相应的装配验证和破坏验证工作。这样的工作流程存在生产周期长、返工率高、重复工作量大、生产效率低、成本高等问题。相比较而言，本文对虚拟装配技术仿真的研究，充分体现了使用三维软件进行虚拟建模、虚拟装配的优点，在前期的设计和建模工作中，不需要真正制造出原型机，设计方案、装配情况可以实时任意修改，大量缩短生产时间，提高工作效率，降低生产成本。此外

7、，通过虚拟情况下的建模及装配仿真还可对实际生产时的工作方法进行高效指导。虚拟人姿态控制传统装配仿真中，只包含产品的运动路径规划、装配顺序规划和碰撞检测等，但不包括对操作人员装配仿真情况的考虑，人机工程仿真则很好地解决了这个问题。加入仿真环境中的虚拟人，可测试操作人员是否具有足够工作空间、是否与周围产品发生碰撞、实际工作中运动路径是否合76航空制造技术·2015年第23／24期理等。虚拟人能够很好地模拟人体的几何尺寸，因此在人机工效学方面发挥着重要作用。如在设计1个工作环境前，可用虚拟人分析环境中物体的可视性、可

8、达性，通过对虚拟人位置姿态进行调整，模拟人工作时的力矩分析及疲劳强度，从而及早发现和修改设计中存在的缺陷，从而提高工人工作效率、舒适度及安全性能等。相对于传统的装配仿真，人机工程仿真具有更真实的视觉效果、更及时有效的人机工效分析、更有实际意义的参考价值等特点，通过虚拟人体模型驱动、虚拟人体模型位置跟踪等手段，实现虚拟人装配动作仿真。为了使人机工程仿真中虚拟人动作的效果更佳真实、自然，需