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基于Virtools的动车组转向架虚拟装配系统的研究与开发

作　者: 肖海涛
导　师: 米小珍
学　校: 大连交通大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: Virtools 虚拟装配转向架数据库
分类号: U270.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

虚拟装配是近年来发展起来的一项多学科交叉的新技术,是提高复杂产品装配设计与工艺规划的有效手段。随着高铁行业的快速发展,在动车组转向架制造、维护维修和教学过程中对装配培训的需求日益增长,然而传统的装配培训模式已经不能完全满足实际需求。通过开发动车组转向架虚拟装配系统进行装配任务培训、维修保障、功能演示将获得广泛的应用前景。本文对虚拟现实技术做了简要介绍,总结了基于虚拟现实技术的虚拟装配的国内外研究现状；在分析动车组转向架结构特点的基础上,对动车组转向架虚拟装配系统做了需求分析和总体设计；研究了虚拟装配的关键技术、装配模型的数据库构建方法、Virtools编程的技术,为构建基于Virtools的动车组转向架虚拟装配系统奠定了基础。在分析CAD装配模型的设计方法和信息组成的基础上,研究了虚拟装配模型的获取方法,根据动车组转向架虚拟装配系统对模型的要求,实现了在CATIA和Virtools中对动车组转向架装配模型的简化处理,最终完成了虚拟装配模型的构建。以Virtools为虚拟装配开发平台,导入了由3ds Max创建的虚拟场景,实现了模型的基本交互操作；建立了动车组转向架装配模型数据库并实现了Virtools与数据库的连接,为装配工艺规划提供了信息支持；通过Virtools编程实现了装配路径生成、实时碰撞检测、动态绘制等虚拟装配关键技术。最后,通过集成上述功能实现了动车组转向架虚拟装配系统的开发。动车组转向架虚拟装配系统可以逼真地模拟实际装配,弥补了传统装配培训模式交互性差的缺陷,可以有效提高动车组转向架装配培训的质量和效果,具有广泛的推广应用价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究背景  10-12
    1.1.1 虚拟现实技术的概述  10-11
    1.1.2 虚拟现实技术的特征  11
    1.1.3 虚拟现实与相关技术比较  11-12
  1.2 基于虚拟现实技术的虚拟装配国内外研究现状  12-15
    1.2.1 国外研究现状  13-14
    1.2.2 国内研究现状  14-15
  1.3 研究内容与意义  15-17
  本章小结  17-18
第二章基于Virtools的虚拟装配系统总体规划  18-26
  2.1 动车组转向架结构特点分析  18-19
  2.2 系统功能需求分析  19
  2.3 系统开发软件  19-22
    2.3.1 三维建模软件CATIA  19-20
    2.3.2 场景建模软件3ds Max  20
    2.3.3 虚拟现实软件Virtools  20-22
    2.3.4 数据库软件Access  22
  2.4 硬件配置  22-23
  2.5 系统功能模块设计  23-25
  本章小结  25-26
第三章虚拟装配的关键技术  26-31
  3.1 动态绘制技术  26
    3.1.1 场景分块技术  26
    3.1.2 可见消隐技术  26
    3.1.3 细节层次技术  26
  3.2 装配序列规划  26-28
    3.2.1 基于装配优先约束关系的装配序列规划  27
    3.2.2 基于组件识别的装配序列规划  27
    3.2.3 基于拆卸法的装配序列规划  27
    3.2.4 基于知识的装配序列规划  27-28
  3.3 装配路径规划  28-29
    3.3.1 位姿空间法  28
    3.3.2 方向多面锥法  28
    3.3.3 VMap法  28
    3.3.4 T-Line法  28
    3.3.5 虚拟现实法  28-29
  3.4 实时碰撞检测技术  29-30
    3.4.1 层次包围盒法  29
    3.4.2 空间分解法  29-30
  本章小结  30-31
第四章基于Virtools的虚拟装配模型构建  31-43
  4.1 CAD装配模型介绍  31
    4.1.1 两种CAD装配模型设计方法  31
    4.1.2 产品CAD装配模型的信息组成  31
  4.2 虚拟装配模型信息的获取方法  31-33
    4.2.1 自定义数据接口获取模型信息  32
    4.2.2 通过标准数据转换接口获取模型信息  32-33
  4.3 基于Virtools的虚拟装配对模型的处理  33-42
    4.3.1 基于Virtools的虚拟装配对模型的要求  34
    4.3.2 装配层次划分  34-36
    4.3.3 在CATIA中对模型的处理  36-39
    4.3.4 在Virtools中对模型的处理  39-42
  本章小结  42-43
第五章基于Virtools的虚拟装配系统实现  43-61
  5.1 创建虚拟场景模型  43-45
    5.1.1 虚拟场景的建模技术  43-44
    5.1.2 虚拟场景模型的构建与导入  44-45
  5.2 交互操作的实现  45-49
    5.2.1 对模型的拖动操作  45-46
    5.2.2 对模型的旋转操作  46-47
    5.2.3 摄像机控制  47-49
  5.3 Virtools中装配模型数据库的建立与连接  49-53
    5.3.1 装配模型信息数据库的创建  49-50
    5.3.2 Virtools与数据库的连接  50-53
  5.4 虚拟装配技术的实现  53-58
    5.4.1 装配序列规划  53-54
    5.4.2 装配路径规划  54-56
    5.4.3 碰撞检测  56-57
    5.4.4 动态绘制技术的实现  57-58
  5.5 系统实现效果  58-60
  本章小结  60-61
结论与展望  61-63
参考文献  63-65
攻读硕士学位期间发表的学术论文  65-66
致谢  66

基于Virtools的动车组转向架虚拟装配系统的研究与开发

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