虚拟动态装配及碰撞检查系统的研究开发

论文摘要

随着计算机软、硬件技术的发展,先进制造技术不断涌现,虚拟制造技术以其全新的制造体系和模式已成为现代制造技术与系统发展的必然趋势。它以数字化建模技术,计算机仿真技术,分析优化技术为基础,在产品设计阶段或产品制造之前,实时、并行地模拟出产品的未来制造全过程及其对产品设计的影响,预测产品的性能、成本和可制造性,以达到产品的开发周期和成本的最优化,生产效率的最高化之目的。虚拟装配是虚拟制造研究领域的重要研究分支,也是并行工程的支持技术之一。虚拟装配可帮助产品摆脱对于试制物理样机并装配物理样机的过度依赖,可以有效地提高产品装配建模的质量与速度,有助于降低产品开发成本,缩短产品开发周期。它在获得产品信息和产品装配工艺信息后进行产品装配过程的仿真演示,并为装配工艺规划提供一种可视化的交互环境,从而有效地改善产品的装配工艺,改进装配质量。而干涉碰撞检查是整个装配过程仿真的重要组成部分,它通过计算机对产品装配过程和装配结果进行分析和仿真,评价和预测产品模型,判断是否存在碰撞,最终做出与装配相关的工程决策,不需要实际产品做支持,实现了产品三维设计过程与产品零部件制造、装配过程的高度统一。本课题以AutoCAD作为开发平台,利用Object ARX 2000 SDK作为二次开发工具,采用Visual C++ 6.0面向对象高级开发语言,研究开发了三维实体零（部）件的虚拟动态装配及干涉碰撞检查软件系统。论文以空间向量方向余弦的解析为理论依据,根据三维实体零（部）件装配约束类型,分析了基于装配的局部特征坐标系的构造方法,完成了零（部）件在进行虚拟装配时所需的空间坐标变换矩阵的构造;设计开发了基于Win32平台的虚拟动态装配及干涉检查软件系统,解决了实体零（部）件在装配图中的插入以及在轴线重合、面贴合等不同装配方法时的装配路径的确定,并在AutoCAD软件平台中实现了实体零（部）件的三维动态装配过程及碰撞干涉检查的仿真。另外还给出了一种通过对实体零（部）件按照自由曲线进行拉伸或旋转从而巧妙解决复杂零（部）件装配过程的干涉检查的方法,达到了通过简单的静态碰撞干涉检查来对动态装配进行检查的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 国内外研究现状
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 虚拟装配技术的研究现状
• 1.1.3 干涉检查的研究现状
• 1.1.4 仿真系统开发平台
• 1.2 研究课题的提出及其意义
• 1.3 本文的研究内容
• 2. 装配中的位姿变换及其变换矩阵
• 2.1 刚体运动分析
• 2.2 构造旋转矩阵、平移矩阵
• 2.2.1 建立局部特征坐标系
• 2.2.2 求解方向余弦
• 2.2.3 构造矩阵
• 2.3 本章小结
• 3. 虚拟装配及干涉检查
• 3.1 三维零件的装配约束
• 3.1.1 三维零件装配
• 3.1.2 装配约束分类
• 3.2 装配路径规划
• 3.2.1 按照轴线重合、面贴合的装配顺序
• 3.2.2 按照面贴和、轴线重合的装配顺序
• 3.2.3 基于任意路径的装配
• 3.3 装配过程的动态仿真
• 3.4 三维零（部）件的干涉检查
• 3.4.1 三维零（部）件装配设计的干涉检查
• 3.4.2 布尔运算的原理
• 3.5 本章小结
• 4. 虚拟动态装配及干涉检查软件系统开发
• 4.1 软件开发平台及开发语言
• 4.1.1 AutoCAD 二次开发语言
• 4.1.2 AutoCAD 二次开发工具-- Object ARX
• 4.1.3 开发环境-- Visual C++
• 4.2 软件系统结构
• 4.2.1 软件功能说明
• 4.2.2 软件体系结构
• 4.2.3 软件设计说明
• 4.3 虚拟动态装配及干涉检查软件系统
• 4.3.1 轴线重合装配约束及动态仿真
• 4.3.2 面贴合装配约束及动态仿真
• 4.3.3 实体的布尔运算
• 4.3.4 零（部）件的动态干涉检查
• 4.4 动态装配及干涉检查实例
• 4.5 本章小结
• 5. 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文