Machine Virtual Assemble

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1 Machine Virtual Assemble
MMT 机械制造工艺学 第6章 机器装配工艺过程设计 Process Planning for Machine Assembling 6.7 机器的虚拟装配 Machine Virtual Assemble 54

2 6.7.1 虚拟现实与虚拟装配  虚拟现实（Virtual Reality-VR）
虚拟现实与虚拟装配 MMT  虚拟现实（Virtual Reality-VR） 采用计算机、多媒体、网络技术等多种手段构造虚拟境界， 使参与者获得与现实世界相类似的感觉。  虚拟制造（Virtual Manufacturing-VM）  以虚拟现实、计算机仿真技术等为基础，利用制造系统模 型，完成制造系统各环节计算与仿真。  虚拟制造实现了制造的本质过程，可以模拟和预估机器功 能、性能、可加工性等，提高预测与决策水平。  虚拟装配（VirtualAssembly-VA）  无需产品或支撑的装配过程的物理实现。  主要研究内容 虚拟环境下装配顺序和路径、虚拟装配建模、装配中人 机因素分析、装配任务培训等。 55

3 6.7.1 虚拟现实与虚拟装配  虚拟装配关键技术 MMT  虚拟装配环境构建
虚拟现实与虚拟装配 MMT  虚拟装配关键技术  虚拟装配环境构建 包括：虚拟环境描述与管理，装配动作与感觉信息相互关系处理， 感觉信息综合方法，输入、输出驱动规则等。  装配过程中作用力分析 把零件微观接触状态拓展为宏观世界，瞬时接触延续为虚拟空间 “慢动作”，分析数据可视化处理。  自动生成装配规划 寻找最优装配顺序序列。  虚拟环境中人的知识和技巧的映射 研究人手模型虚拟环境中的映射，检测和处理人的装配动作信号， 装配过程实时交互。  零件物理学属性的虚拟 包括零件物理属性（材质、密度、色彩、韧性等）和运动属性 （速度、加速度、作用力等）。 56

4 6.7.2 虚拟装配的类型  以产品设计为中心的虚拟装配 MMT 以产品可装配性全面改善为目的，通过模拟试装和定量分析，找出
虚拟装配的类型 MMT  以产品设计为中心的虚拟装配 以产品可装配性全面改善为目的，通过模拟试装和定量分析，找出 零部件结构设计中不适合装配或装配性能不好的结构特征，进行设计、 修改，最终保证设计的产品具有良好的可装配性。  以装配工艺规划为中心的虚拟装配  采用计算机仿真和虚拟现实技术进行产品装配工艺规划，以获得可 行且较优的装配工艺方案，指导实际装配生产。  包括装配总体规划和装配工艺规划。  以操作仿真的高逼真度为特色，可以生动、直观地反映产品装配的 真实过程。  以虚拟原型为中心的虚拟装配  虚拟原型是利用计算机仿真系统在一定程度上实现产品外形、功能 和性能模拟，以产生与物理样机具有可比性效果检验和评价产品特性。  虚拟装配和虚拟原型技术结合，可分析装配过程中受力变形对产品 装配性能影响，为产品形状精度分析、公差优化设计提供可视化手段。 57

5 6.7.3 虚拟装配环境的建立  桌面式虚拟装配环境  头盔式虚拟装配环境 MMT 和知识的发挥。 桌面式虚拟现实系统
虚拟装配环境的建立 MMT  桌面式虚拟装配环境  采用普通计算机或低端工作站的显 示器作为观察虚拟场景窗口，操作者 佩戴立体眼镜来观察三维图像。  成本较低、使用简单、操作方便。  沉浸感较差，不便于人的装配经验 和知识的发挥。 桌面式虚拟现实系统  头盔式虚拟装配环境  利用头盔显示器和数据手套等交互 设备，把用户视觉、听觉和其他感觉 封闭起来，使用户真正成为系统的一 个参与者，产生比较强的沉浸感。  存在约束感较强，分辨率偏低，长 时间易引起疲劳等缺陷。 头盔式虚拟装配系统 58

6 6.7.3 虚拟装配环境的建立  洞穴式(CAVE)虚拟装配环境  可实现操作者自由行走的新型虚拟装配环境 MMT
虚拟装配环境的建立 MMT  洞穴式(CAVE)虚拟装配环境  主体由显示屏包围而成的空间，高分辨率投影仪将图像投影到屏 幕上，用户戴上立体眼镜便能看到立体图像。  实现了大视角、全景、立体且支持多人共享的一个虚拟环境。  价格昂贵，行走距离有限。  可实现操作者自由行走的新型虚拟装配环境  采用半透明球形幕为显示装置，操 作者处于球体内部，自由行走通过专 门设计的全方位反行走机构完成。  操作者头部、手部与双脚分别装有 3D位置跟踪器，计算机根据操作者的 肢体动作产生不断变化的图像，并通 过投影系统显示在球体表面。  操作者通过佩戴立体眼镜、数据手 套与虚拟环境交互。 洞穴式虚拟装配环境 59

7 6.7.3 虚拟装配环境的建立 MMT 考虑人体活动的新型虚拟装配系统原理图 1－地基 2－墙壁 3－天花板 4－投影仪 5－球形显示屏
虚拟装配环境的建立 考虑人体活动的新型虚拟装配系统原理图 1－地基 2－墙壁 3－天花板 4－投影仪 5－球形显示屏 6－操作者 7－运动感知器 8－运动控制计算机 9－曲面投影校正单元 10－图形工作站 11－虚拟场景 60

8 6.7.4 虚拟装配的关键技术 MMT 虚拟环境下的 装配建模技术 装配工艺规划 装配过程人机 因素分析技术 虚拟装配的关键技术 虚拟装配
虚拟装配的关键技术 虚拟装配 关键技术 MMT 虚拟环境下的 装配建模技术 装配工艺规划 与评价技术 装配过程人机 因素分析技术 仿 真 与 可 装 配 建 模 约 束 定 位 碰 撞 检 验 路 径 规 划 人 机 交 互 工 艺 规 划 工 装 夹 具 公 差 质 量 评 价 决 策 过 程 控 制 产 品 设 计 人 机 工 效 知 识 与 智 视 化 设 计 分 析 优 化 改 进 分 析 能 虚拟装配的关键技术 61

9 6.7.5 虚拟装配应用系统的实现  虚拟装配应用系统体系结构 MMT 虚拟装配系统硬件平台结构图
虚拟装配应用系统的实现 MMT  虚拟装配应用系统体系结构 虚拟装配系统硬件平台结构图 1－CRT显示器 2－开发维护端 3－数据服务器 4－应用服务器 5－Onyx4 6－操作人员 7－交换机 8－视频分配器 9－投影机 10－同步信号发射器 11－投影屏幕 12－戴立体眼镜的用户 62

10 MMT 虚拟装配应用系统体系结构  软件平台组成模块  CAD建模环境  虚拟装配规划环境  现场应用与示教环境  软件平台接口
 虚拟装配接口 虚拟装配应用系统体系结构 63

11 6.7.5 虚拟装配应用系统的实现  虚拟装配技术实际应用 MMT  虚拟装配实施方案与步骤  装配仿真建模  装配序列设计
虚拟装配应用系统的实现 MMT  虚拟装配技术实际应用  虚拟装配实施方案与步骤  装配仿真建模  装配序列设计  虚拟环境中装配语义识别。  可装配性分析  交互式装配顺序规划。  人体位姿分析。  装配仿真  输出仿真结果  虚拟装配应用实例  波音787虚拟装配  IVAE系统 64

12 虚拟装配应用系统的实现 MMT 飞机虚拟装配 65

13 MMT  IVAE系统 用户可以利用虚拟现实输入设备交互地进行装配建模、装配操作、 装配序列规划和装配路径规划等装配工艺设计工作。
虚拟装配应用系统的实现  IVAE系统 MMT  用户可以利用虚拟现实输入设备交互地进行装配建模、装配操作、 装配序列规划和装配路径规划等装配工艺设计工作。  对约束的处理分为捕捉、确认和导航三个阶段。  压缩机部件虚拟装配实例。 a）压缩机部件最终装配状态 b）压缩机部件的组成零件及编号 压缩机部件装配图及零件组成 66

14 6.7.5 虚拟装配应用系统的实现 MMT 压缩机部件虚拟装配过程 轴对齐标记 a）第一个捕捉零件、确认约束阶段 面贴合标记
虚拟装配应用系统的实现 轴对齐标记 MMT a）第一个捕捉零件、确认约束阶段 面贴合标记 轴对齐标记 c）第二个捕捉零件、确认约束阶段 b）具有一个约束的导航阶段 d）具有两个约束的导航阶段 压缩机部件虚拟装配过程 67