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WTK环境下虚拟装配碰撞检测与导航技术研究

作　者: 谢健
导　师: 闫静；左敦稳
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 虚拟装配装配模型碰撞检测层次包围盒 WTK
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 35次
引　用: 3次
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内容摘要

装配工艺规划是整个装配活动的起点,是决定装配质量和效率的关键。由于缺乏有效的技术手段,目前的规划方式仍然比较落后,已经严重制约了装配技术的发展,使之逐渐成为产品生产过程的瓶颈。因此,为装配规划过程提供一个有效的辅助手段具有重要意义。虚拟装配技术为解决装配工艺规划问题提供了一个新的途径。本文对装配建模、碰撞检测和基于几何约束的装配等关键技术进行研究,在虚拟仿真开发平台WTK上基本实现了对零部件的装配,为工艺规划奠定了基础。具体工作如下:①建立面向虚拟装配过程仿真的装配模型。该模型包括装配体的层次信息、零件的几何信息、零部件之间的约束信息以及装配序列、路径等过程信息。并给出了装配模型的具体构建方法,其中装配信息主要从CAD系统中提取。②根据虚拟装配环境特点,提出利用扫描剪枝和装配关系快速判断需进行面片级检测的零件对,利用时空连续性减少层次包围盒相交检测次数,给出剔除轴孔配合虚假干涉的有效方法;构建面向虚拟装配的碰撞检测模块,测试表明该模块可以满足装配仿真过程对检测的实时性和准确性的要求。③研究了基于几何约束的装配方法,通过约束导航、识别、和定位三个步骤实现零部件的装配。提出了可有效提高系统约束识别能力的三个措施,并在约束定位阶段引入精识别以缓解识别正确率与定位突变性之间的矛盾。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-18
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 虚拟装配的概念及研究现状  13-15
    1.2.1 虚拟装配的概念  13
    1.2.2 研究历史及现状  13-15
    1.2.3 虚拟装配系统的商业化  15
  1.3 研究意义和内容  15-18
    1.3.1 研究意义  15-16
    1.3.2 研究内容和章节安排  16-18
第二章装配模型的建立  18-30
  2.1 引言  18
  2.2 装配模型的结构  18-23
    2.2.1 装配模型结构总览  18-20
    2.2.2 装配模型结构分析  20-23
  2.3 装配信息的转化  23-29
    2.3.1 零件信息的转化  23-25
    2.3.2 层次信息的转化  25-27
    2.3.3 约束信息的转化  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章基于层次包围盒的碰撞检测  30-40
  3.1 引言  30-31
    3.1.1 碰撞检测方法的分类  30-31
    3.1.2 WTK 中的碰撞检测函数  31
  3.2 物体的包围盒  31-34
    3.2.1 包围盒的种类  31
    3.2.2 AABB 及其相交检测  31-32
    3.2.3 OBB 及其相交检测  32-34
  3.3 层次包围盒法  34-39
    3.3.1 基本概念  34-35
    3.3.2 包围盒树的构建  35-38
    3.3.3 包围盒树的相交检测  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章面向虚拟装配的碰撞检测  40-50
  4.1 引言  40
  4.2 两个零件之间的检测  40-44
    4.2.1 碰撞检测树与终止结点  40-41
    4.2.2 检测边界的更新  41-44
  4.3 多个零件之间的检测  44-47
    4.3.1 扫描剪枝法筛选  44-46
    4.3.2 装配关系法筛选  46-47
  4.4 虚假干涉的剔除  47-49
    4.4.1 产生的原因及特点  47-48
    4.4.2 剔除的方法与策略  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章基于几何约束的虚拟装配  50-66
  5.1 引言  50
  5.2 基本概念  50-54
    5.2.1 运动自由度  51-52
    5.2.2 自由度规约  52-53
    5.2.3 约束关系的自由度  53-54
  5.3 基于几何约束的装配过程  54-65
    5.3.1 约束导航  54-56
    5.3.2 约束识别  56-61
    5.3.3 约束定位  61-65
      5.3.3.1 精确识别  61-63
      5.3.3.2 定位求解  63-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章 WTK 环境下的实例应用  66-82
  6.1 虚拟仿真开发平台 WTK  66-67
    6.1.1 场景结构  66-67
    6.1.2 仿真引擎  67
  6.2 实时碰撞检测  67-74
    6.2.1 碰撞检测模块结构  68-69
    6.2.2 测试结果与分析  69-74
  6.3 基于几何约束的装配  74-81
    6.3.1 约束装配模块结构  74-76
    6.3.2 装配过程模拟  76-81
  6.4 本章小结  81-82
第七章总结与展望  82-84
参考文献  84-89
致谢  89-90
在学期间的研究成果及发表的学术论文  90

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