面向管路系統(tǒng)設計的虛擬裝配技術的研究.pdf

1、國內圖書分類號:TP391.9國際圖書分類號:681.325.65工學博士學位論文面向管路系統(tǒng)設計的虛擬裝配技術的研究博士研究生：劉江省導師：姚英學教授申請學位：工學博士學科、專業(yè)：機械制造及其自動化所在單位：機電工程學院答辯日期：2007年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要摘要摘要隨著國民經濟的飛速發(fā)展，從化學化工管路、供熱管路、供氣管路、電纜管路、地下管路、供油管路等，到火箭與導彈內部的各種連接管路，機電產品的液、氣的傳遞過程也需

2、要大量的管路來實現(xiàn)其連接通路，管路的應用可謂日新月異，無處不在。本文將虛擬裝配技術應用到了管路系統(tǒng)的設計工作中，借助于數(shù)據手套、定位跟蹤器、立體眼鏡等虛擬設備，通過開發(fā)一系列的高效實用的算法，構建起一個實時、實用、三維立體感強的面向管路裝配的虛擬裝配系統(tǒng)(PipelineientedVirtualAssemblyEnvironmentPOVAE)，并且將其應用到了火箭發(fā)動機中。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、設計的虛擬裝配體系結構。其體系結構主要由4層組成：物理層、支撐層、功能層和數(shù)據層，提供了對POVAE系統(tǒng)硬件、軟件、算法、數(shù)據等層次上的支持；POVAE系統(tǒng)的工作流程分為三個階段：數(shù)據預處理階段、管路設計環(huán)境構建階段和管路設計階段，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驗，人機交互地進行裝配組件的裝配定位和管路的設計與布置。數(shù)據預處理階段實現(xiàn)了CAD系統(tǒng)到虛擬裝配系統(tǒng)的數(shù)據轉換。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)之間不存在轉換標準，虛擬裝配系統(tǒng)不能直接利用CAD的模型數(shù)據。為此本文提出了信息分解轉換法，將CAD模型信息分解為幾何信息、拓撲信息和裝配信息等，通過開發(fā)幾何轉換接口生成圖形數(shù)據文件實現(xiàn)了幾何信息的轉換，利用數(shù)據庫技術實現(xiàn)了拓撲信息和裝配信息的轉換，并且在轉換過程中構造了裝配中的一個重要概念——幾何面。管路設計環(huán)境構建階段開發(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，實現(xiàn)了POVAE系統(tǒng)中虛擬物體的面向過程的裝配定位