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装配是产品生命周期中的一个重要环节,并且已经成为影响产品开发周期、生产成本、质量、性能的重要因素。传统的装配设计是一种自底向上的设计过程即先设计并制造出各个零件,然后按装配关系装配起来形成一个装配体。而虚拟装配技术是在传统装配设计技术的基础上,出现的新思路和新方法,具有重要的理论研究价值和实际意义。通过建立产品的三维装配模型,对产品的装配过程进行动态仿真,对仿真结果进行有效的分析,可提前发现产品在装配过程中的问题,及时进行改进,最终完成产品的数字化虚拟装配。虚拟装配在缩短产品的开发周期、降低企业生产成本、提高产品质量和性能、增强企业市场竞争力等各方面发挥了重要的作用。
本文对虚拟装配的理论、装配思想以及机械产品虚拟装配的关键技术等方面进行了研究,包括虚拟建模工具的选择、零件的三维建模方法、模型优化方法、装配路径规划、碰撞干涉检测等方面。着重对虚拟装配过程中,零部件在装配空间中的装配/拆卸运动表示形式和运动位姿变换进行了深入的研究,提出了12元状态变量组来表示零部件的装配/拆卸运动过程。12元组能更加细致地描述装配件在不同时间段的动态过程,从而进一步对装配过程进行细化描述。同时,提出了一种逐步细化的快速碰撞干涉检测算法,提高了零部件碰撞检测效率。在此基础上,利用VRML的交互扩展功能,结合高级编程语言JAVA,构建了具有交互功能的虚拟装配系统。在此系统下,用户可以对装配零部件进行实时的动态交互操作,并完成零部件的装配。
最后,以减速器为实例进行实际的虚拟装配过程,验证了虚拟装配系统的可行性和有效性。