虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法技术

一种制造业仿真技术领域的针对发动机手工装配线的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法。本发明专利技术分装配工艺生成的虚拟装配过程建模方法，基于虚拟装配操作过程映射的工艺生成方法两个部分组成，本发明专利技术首先按照装配工艺生成的虚拟装配过程建模方法，定义虚拟环境中的基本动素，并对其进行分类，在虚拟环境中建立装配操作模型，操作者根据需要选择零件和工具，利用虚拟手在虚拟环境中操作零件和工具，动态记录下基本动素，并按照基本操作动素的聚合描述得到相应装配操作动作，按照基于虚拟装配操作过程映射的工艺生成方法，与其他工艺信息（如零件属性信息，操作工具信息等）相结合获得装配零件的具体装配工艺内容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种制造业仿真
的方法，具体地说，是一种针对发动 机手工装配线的。
技术介绍
产品的装配是产品的设计实现过程关键的一步。另外，装配规划提供主要的反 馈，有助于设计者从制造的角度改进设计。基于虚拟现实技术的产品装配能够减少 劳动力，提高产品装配规划的质量和完整性。而装配操作建模是验证产品可装配性 的一个重要因素，在虚拟环境中对产品进行装配操作， 一方面增加了产品装配过程 的真实性，提高了产品可装配验证的效率；另一方面为产品装配的工艺规划和装配 线的设计以及装配工人的人机工程学评价提供了依据。经对现有技术文献的检索发现，Christian Mascle等在((Proceedings of the 1999 IEEE International Symposium on Assembly and Task Plarming》(1999 年IEEE国际研讨会论文集)(1999) 8 13页上发表的Feature-Based Assembly Model and Multi-Agents System Structure for Computer-Aided Assembly(基 于特征的装配建模和计算机辅助装配的多代理系统结构)中提出了基于特征的模 型，并开发了基于特征的产品装配规划系统SCAP，使用一组基于装配可行性、可 操作性、装配重定向次数、成本和稳定性等的标准，来衡量获得的装配序列的好坏， 对基于特征的产品模型在装配建模和规划上有很大的帮助，但研究注重于装配序列 和路径的规划，没有涉及到完整复杂的装配工艺工序内容。检索中还发现，刘检华 等人在《系统仿真学报》(2005) 2163 2166页上发表的基于装配任务的虚拟装 配工艺模型研究中在对虚拟装配工艺规划过程中的工艺数据进纟亍分析的基础上， 提出了产品层次装配任务链模型，该模型能有效表达虚拟装配工艺规划过程中的工 艺数据，同时给出了由产品层次装配任务链模型向虚拟装配工艺模型转化方法，建立了虚拟装配工艺模型，但对工艺的研究，只是限于对装配工夹具的操作工艺信息 进行了数据采集和处理，未涉及虚拟装配中具体的装配操作过程的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，参考MTM方式提出一种标准规范的、 ，使其基于虚拟装配环境中的操作支持装配 工艺生成，该方法基于基本操作动素的聚合。本专利技术与计算机虚拟仿真技术相结合， 可以在规划、设计阶段就对生产线系统和工位进行充分的预测，以便尽早地发现系 统布局、配置方面的问题，从而更快、更好地改善系统和工位设计，避免因设计不 周而影响系统建成后的实际运行效率，或者甚至造成系统不能正常工作。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术按照面向装配工艺生成的虚拟装配 过程建模方法，在虚拟环境中建立装配操作模型，操作者根据需要选择零件和工具， 利用虚拟手在虚拟环境中操作零件和工具，动态记录下基本动素，并按照基本操作 动素的聚合描述得到相应装配操作动作，按照基于虚拟装配操作过程映射的工艺生 成方法，与其他工艺信息(如零件属性信息，操作工具信息等)相结合获得装配零 件的具体装配工艺内容。本专利技术包括以下两个步骤①面向装配工艺生成的虚拟装配过程建模方法。为了满足虚拟现实中产品装配工艺的要求，操作工艺需要具有査询、物理、操 作对象、操作动作和操作工具5种属性，参考MTM (Methods-Time Measurement的 縮写，中文意思就是工时测定方法)，对标准装配操作动作进行分解，总结出9 个在虚拟装配中必需的基本动素，通过对这些基本动素进行相应的聚合，构建出实 际虚拟装配中的各个装配操作动作和其他4种属性相结合构成+示准装配操作工艺 模型；所述的基本动素，根据其动作特征以及虚拟环境下装配操作t寺点来表达和推理 装配中所用到的各种基本动素，包括Reach (伸手)、Grasp (握取)、Move(移物)、 Turn (旋转)、Apply Pressure (施压)、Disengage (卸下)、Position (对准)、 Position—z (到位)、Release (放手)等9个。 所述的标准装配操作动作，包括转动、取下、准备、插入、旋入、拧紧、压入、 操作开关、装上、放上、拉松、固定、连接、倒入等。所述的操作动素的聚合描述，对各个标准装配操作动作分解成由基本动素组成 的聚合描述，即在虚拟环境中，通过得到的基本动素的组合来表达出标准装配操作 动作。所述的装配操作动作，其属性是虚拟手操作过程中记录的一些变量值，各种基 本动素标志是该装配操作动作是否用到相应基本动素，采用约束链表记录操作对象 之间的几何约束信息，它的主要功能是记录和设置操作对象之间的位姿固定关系。所述的操作对象，其属性是记录操作对象的信息(包括其重量信息、类型和 ID信息等)，对象的类型和ID是指虚拟手选择操作对象的零件或者装配体类型， 以及它在零件库或者工具库中的编号。在使用工具操作对象时，操作对象间的固定关系标志指操作对象之间是否固 定，如果它们之间的所有约束都满足，则关系是固定的，其值为l，否则他们之间 是可以相对运动的，此时工具不能和操作对象一起移动，其值为一l;当操作对象 之间的关系固定时，操作对象间的固定变换就记录了它们之间的相对位姿关系矩 阵。所述的操作工具，其属性是操作工具信息(ID及名称)，指虚拟手在装配零部 件或装配体时，使用的虚拟工具的名称及其在工具库中的编号。操作工具类型则分 为通用工具、专用定位工具、喷涂工具及拓印工具等。②基于虚拟装配操作过程映射的工艺生成方法。在实际的虚拟装配中，使用虚拟手操作零件时，按照每一个操作动作，逐条记 录下动作中所用到的基本动素信息、所操作零件的属性信息及其他相关信息，所述 其他相关信息包括零件移动距离信息、零件定位方式信息、使用的工具信息，当所 有操作完成后，将上述信息逐条转化为与步骤①所生成的标准装配操作工艺模型相 对应的虚拟装配操作映射关系，按此关系获得相应的工艺信息。所述的虚拟装配操作映射关系，由7大部分属性信息组成，分别是操作对象的 初步类型属性信息、详细类型属性信息、重量属性信息、移动距离属性信息、定位方式属性信息、使用操作工具属性信息、基本操作动作属性信息。在虚拟装配操作 结束后，将操作所记录的信息按査询序列形式逐条转换为上述7大部分属性信息。所述的相应的工艺信息，根据现有的工艺卡中所积累的经验知识和虚拟装配操 作映射关系表中的划分类型，提取出工艺工序详细内容，具体包括操作零件类型、 零件重量、移动距离、定位方式、使用的特定工具、聚合动作、操作工时、映射关 系等八部分组成。其中虚拟装配操作映射关系表则是关联虚拟装配操作和标准装配 操作工艺信息的纽带。虚拟装配工艺规划是现代计算机辅助设计和辅助制造的重要手段，它从根本上 改变了新产品设计和制造模式，从而能大大降低设计和制造成本，缩短产品开发周 期。而装配工艺建模是虚拟装配规划的必不可少的功能之一，它用于生产线规划和 装配工位规划，并为装配工人的人机工程学评价提供了依据。装配工艺建模中装配 操作表达的复杂性使得它成为虚拟装配工艺规划的瓶颈之一，由于目前建模方法的 局限性，使得虚拟装配规划主要集中在装配序列和路径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征在于，包括以下两个步骤：①面向装配工艺生成的虚拟装配过程建模方法：操作工艺具有查询、物理、操作对象、操作动作和操作工具５种属性，参考工时测定方法，对标准装配操作动作进行分解，总结出在虚拟 装配中必需的基本动素，通过对这些基本动素进行聚合，构建出实际虚拟装配中的各个装配操作动作，和其他４种属性相结合构成标准装配操作工艺模型；所述的基本动素，根据其动作特征以及虚拟环境下装配操作特点来表达和推理装配中所用到的各种基本动素， 包括伸手、握取、移物、旋转、施压、卸下、对准、到位、放手；②基于虚拟装配操作过程映射的工艺生成方法：在实际的虚拟装配中，使用虚拟手操作零件时，按照每一个操作动作，逐条记录下动作中所用到的基本动素信息、所操作零件的属性信息及其零件移动 距离信息、零件定位方式信息、使用的工具信息，当所有操作完成后，将上述信息逐条转化为与步骤①所生成的标准装配操作工艺模型相对应的虚拟装配操作映射关系，按此关系获得相应的工艺信息。

【技术特征摘要】
1、一种虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征在于，包括以下两个步骤①面向装配工艺生成的虚拟装配过程建模方法操作工艺具有查询、物理、操作对象、操作动作和操作工具5种属性，参考工时测定方法，对标准装配操作动作进行分解，总结出在虚拟装配中必需的基本动素，通过对这些基本动素进行聚合，构建出实际虚拟装配中的各个装配操作动作，和其他4种属性相结合构成标准装配操作工艺模型；所述的基本动素，根据其动作特征以及虚拟环境下装配操作特点来表达和推理装配中所用到的各种基本动素，包括伸手、握取、移物、旋转、施压、卸下、对准、到位、放手；②基于虚拟装配操作过程映射的工艺生成方法在实际的虚拟装配中，使用虚拟手操作零件时，按照每一个操作动作，逐条记录下动作中所用到的基本动素信息、所操作零件的属性信息及其零件移动距离信息、零件定位方式信息、使用的工具信息，当所有操作完成后，将上述信息逐条转化为与步骤①所生成的标准装配操作工艺模型相对应的虚拟装配操作映射关系，按此关系获得相应的工艺信息。2、 根据权利要求1所述的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征是，所述的基本动素，具体标志定义如下伸手标志作为虚拟装配中每个装配操作的起点，当虚拟手接触到零件或工具时， 借助碰撞模型，认为其为伸手，将该标志置l，只有在被操作零件发生位姿变化时， 才认为先前的伸手标志有效；握取标志虚拟手与零件接触的状态下，当操作者用虚拟手套发出抓取信号抓取 零件或工具时，将握取标志置l;放手标志作为虚拟装配中每个装配操作的终点，当虚拟手发出释放信号，并离 开被操作零件或工具时，将放手标志置l，并将从起点开始记录下的动素标志保存下 来，作为以后映射的基础信息； 移物标志当虚拟手处于抓取零件状态时，从判断零件在操作起点和终点的位置 变化，来获得标志信号值，如有数值改变，则置l;旋转标志当虚拟手处于抓取零件状态时，从判断零件在操作起点和终点的姿态 变化，来获得标志信号值，如有数值改变，则置l;施压标志在虚拟装配中，由于无法直接使用虚拟手套发送信号来判断有无施压 情况，结合零件信息从零件的最终状态来判断是否有施压动素产生，即对零件ID进 行判断，如果该类型零件在操作过程中需要进行施压，则再判断该零件是否被完全约 束，是则将施压标志置l;卸下标志，在操作起点和终点时对装配体状态进行判断，如果原装配体中个数 变少，则将标志置l;对准在虚拟手抓取零件进行装配时，发生轴线对齐约束时，则标志信号置l;到位在虚拟手抓取零件进行装配时，发生面面约束时，则标志信号置l;当虚拟装配操作结束后，对每条操作记录下的动素标志进行聚合，按照动素聚合 表的动素顺序，将虚拟装配中的操作动作转换为9位动作映射关系号，从而从动素表 中査找到具体的标准操作动...

【专利技术属性】
技术研发人员：范秀敏，殷麒，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]