交互式变速箱虚拟装配技术的研究

发布时间：2020-04-09 09:57

【摘要】：伴随着工业自动化、数字化的发展,虚拟装配势必会成为数字化设计与制造研究领域的重要方向。虚拟装配的研究不仅体现了生产制造业与计算机技术的完美结合,而且改变了传统的装配方式,能够提前发现装配问题并检验和评估产品的装配性能,缩短了装配周期、降低了装配成本,为制造业创造了巨大的技术价值和经济效益,因此,选择一种合适的、高效的研究方法与理论来提高虚拟装配效率是需要解决的一个难题。本文以变速箱为例,研究了装配序列及路径规划、碰撞检测、虚拟装配系统四个方面。首先,利用三维建模软件Solidworks构建变速箱实体模型;选择帝国竞争算法进行装配序列规划,针对其应用在装配序列规划中的缺点,利用有向图法获得了表达装配关系的矩阵,建立了目标评价函数;将层次装配思想与其结合并引入微分进化,提高了算法的收敛性与寻优精度;通过Matlab编程,验证了该改进算法的可行性及其优越性,为后续的装配路径规划提供了理论依据。其次,基于传统RRT算法,引入R函数进行RRT算法搜索步长调整;针对RRT算法在虚拟装配中的不适应性,提出将球体法用于随机节点生成并基于装配引导、约束识别的精确定位进行路径搜索;基于传统位姿变换方法低效率问题,将四元数引入到装配路径规划中;然后运用Matlab编程对变速箱进行装配路径规划模拟与仿真,验证了改进RRT算法的适用性,为之后的虚拟装配提供了有力的理论依据。再次,基于碰撞检测思想及常见的检测方法选择层次包围盒法实施碰撞检测;通过耗费函数,综合分析、比较常用的三种包围盒在构造时间、相交测试时间、更新时间、紧密性等方面的不同,选择三角网格包围盒实现碰撞检测;基于Eon软件内部CollisionObject节点强大的碰撞检测功能,在Script节点程序控制模块中设计了碰撞检测范围和碰撞检测结果响应方式,并基于虚拟手进行了完整的碰撞检测,为之后的虚拟装配系统建立奠定了理论基础。最后,结合Eon Studio软件及其Script脚本功能、VB程序语言及方位跟踪器、数据手套等虚拟外接设备,基于ActiveX控件与EonX控件之间的信息交互原理,运用VB程序实现了变速箱虚拟装配过程可视化并建立了完整的虚拟装配系统。运用该平台进行虚拟装配,不仅可以降低装配时间,还节约装配成本,提高装配质量,为数字化设计与制造提供了有力的指导。
【图文】：

示意图,边界表示法,原理,示意图

P1 P2P3ΔX—*∪* 平移P1 P2 P3 ΔX动运算子与集合运算子。几何实体构造法的优点是数据量小、计算简单、并生成过程中可修改形状，这也是得以广泛应用的一个原因。图 2.1 几何实体构造法原理示意图边界表示法是指任何物体都可以看成是有限个边界表面组成的闭合体，这些是平面，也可能是曲面，但均有方向；每个表面又是由多个封闭环确定边界又是由若干条边构成；每条边都由两个点确定，即体→面→环→边→点。综表示法原理如图 2.2 所示。

序列,仿真图,参数设置,竞争算法

图 2.15 参数设置仿真图由图 2.15 可以看出，当 w1=w2=0.5 时，w3越大越不容易收敛于最佳适应度，当w3=0.3 时，算法收敛于最优值 1.5 且迭代次数最少，消耗时间最短。同样，当 w1=0.5，w3=0.3 时，算法收敛于最佳适应度值 1.5，此时 w2=0.5。基于最佳参数 w2=0.5，w3=0.3，通过选择不同的 w1并进行仿真试验得到 w1=0.9 时算法在短时间内、以较少迭代次数收敛于最佳适应度值 1.4。由此可以确定改进帝国竞争算法的三个参数值，即 w1=0.9，，w2=0.5，w3=0.3。为比较改进帝国竞争算法与传统帝国竞争算法、遗传算法、蚁群算法在序列规划应用中的优劣而进行试验，各算法初始参数如表 2-4 所示。表 2-4 各算法参数设置方法帝国竞争算法（ICA）遗传算法（GA）蚁群算法（ACO）改进帝国竞争算法（IICA）Pc=0.9，α=2，β=1，β=2，MR=0.3，CR=0.9，
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.46;TG95

【参考文献】