面向管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的虛擬裝配技術(shù)的研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號:TP391.9國際圖書分類號:681.325.65工學(xué)博士學(xué)位論文面向管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的虛擬裝配技術(shù)的研究博士研究生：劉江省導(dǎo)師：姚英學(xué)教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：機(jī)械制造及其自動化所在單位：機(jī)電工程學(xué)院答辯日期：2007年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要摘要摘要隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，從化學(xué)化工管路、供熱管路、供氣管路、電纜管路、地下管路、供油管路等，到火箭與導(dǎo)彈內(nèi)部的各種連接管路，機(jī)電產(chǎn)品的液、氣的傳遞過程也需

2、要大量的管路來實(shí)現(xiàn)其連接通路，管路的應(yīng)用可謂日新月異，無處不在。本文將虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用到了管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中，借助于數(shù)據(jù)手套、定位跟蹤器、立體眼鏡等虛擬設(shè)備，通過開發(fā)一系列的高效實(shí)用的算法，構(gòu)建起一個(gè)實(shí)時(shí)、實(shí)用、三維立體感強(qiáng)的面向管路裝配的虛擬裝配系統(tǒng)(PipelineientedVirtualAssemblyEnvironmentPOVAE)，并且將其應(yīng)用到了火箭發(fā)動機(jī)中。本研究首先分析了POVAE系統(tǒng)的功能需求，提出了面向管路系統(tǒng)

3、設(shè)計(jì)的虛擬裝配體系結(jié)構(gòu)。其體系結(jié)構(gòu)主要由4層組成：物理層、支撐層、功能層和數(shù)據(jù)層，提供了對POVAE系統(tǒng)硬件、軟件、算法、數(shù)據(jù)等層次上的支持；POVAE系統(tǒng)的工作流程分為三個(gè)階段：數(shù)據(jù)預(yù)處理階段、管路設(shè)計(jì)環(huán)境構(gòu)建階段和管路設(shè)計(jì)階段，充分利用沉浸式虛擬環(huán)境的優(yōu)勢，依靠裝配人員的裝配經(jīng)驗(yàn)，人機(jī)交互地進(jìn)行裝配組件的裝配定位和管路的設(shè)計(jì)與布置。數(shù)據(jù)預(yù)處理階段實(shí)現(xiàn)了CAD系統(tǒng)到虛擬裝配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。本文采用CAD系統(tǒng)建立裝配體模型，由于CAD系

4、統(tǒng)和虛擬裝配系統(tǒng)之間不存在轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，虛擬裝配系統(tǒng)不能直接利用CAD的模型數(shù)據(jù)。為此本文提出了信息分解轉(zhuǎn)換法，將CAD模型信息分解為幾何信息、拓?fù)湫畔⒑脱b配信息等，通過開發(fā)幾何轉(zhuǎn)換接口生成圖形數(shù)據(jù)文件實(shí)現(xiàn)了幾何信息的轉(zhuǎn)換，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)了拓?fù)湫畔⒑脱b配信息的轉(zhuǎn)換，并且在轉(zhuǎn)換過程中構(gòu)造了裝配中的一個(gè)重要概念——幾何面。管路設(shè)計(jì)環(huán)境構(gòu)建階段開發(fā)了基于四元數(shù)和自由度規(guī)約的分步式約束滿足算法，實(shí)現(xiàn)了POVAE系統(tǒng)中虛擬物體的面向過程的裝配定位