组件型数字化样机多层次协同建模理论、方法及应用研究

论文题目: 组件型数字化样机多层次协同建模理论、方法及应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械设计及理论

作者: 万昌江

导师: 谭建荣

关键词: 数字化样机,层次建模,虚拟装配,协同设计,协同装配,协同仿真,配置语义,端口,组件,关节骨架,虚拟现实,产品配置

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文系统研究了组件型数字化样机多层次协同建模理论及方法。基于装配模型与设计语义信息,自动构建机构模型;通过层次混合仿真建模,提高样机仿真过程中的交互实时性;通过数字化样机单元的组件化建模,建立了面向网络应用的协同装配及协同仿真服务,并进行了原型系统的开发。本文提出的理论和方法已在有关科研项目成功应用,并取得了良好的结果。 第一章首先综述了组件层次化建模技术、产品协同开发技术、数字化样机相关建模技术等研究及应用的发展现状,讨论了存在的问题。论述了组件型数字化样机多层次协同建模理论方法研究的意义及研究内容。 第二章讨论了面向数字化样机产品基本模型表达。首先建立了层次化的零件产品信息,以满足数字化样机不同分析的要求:通过装配模型的组织管理,为数字化样机的拆卸及机构信息的提取提供信息源;基于装配模型及工程语义信息,自动构建机构模型;集成分层次的零件信息模型、装配模型及机构模型,建立面向数字化样机的产品信息基本模型表达。 第三章建立了一种基于几何的含闭链数字化样机系统仿真求解算法。利用Lie群几何概念及指数积公式,建立主次关节运动学几何表达;基于次铰全自由度表达模型,推导闭链加速度约束等式;采用Baumgarte约束稳定性方法,利用关节刚体算法建立了含闭链数字化样机系统的几何求解算法。 第四章进行了面向数字化样机的层次混合仿真建模技术的研究。提出了一种基于实体一骨架混合仿真模型的运动仿真方法。根据仿真过程中的交互要求及数字化样机模型复杂程度的分析,调整仿真模型的组合表达形式,从而形成由实体模型、关节骨架模型及零件骨架模型组成的混合仿真模型。基于混合模型的运动仿真提高了仿真的交互实时性。 第五章进行了组件型数字化样机单元协同装配技术研究。为快速建立集成数字化样机模型,提出一种组件化协同装配方法。在该方法中,采用基于端口的建模方法,建立数字化样机单元的组件化表达。在此基础上,构建组件协同装配体系框架,将协同装配分解为连接元抓取拖动、装配预处理、组件装配三个基本过程。从而简化了装配过程,提高了组件装配建模速度。最后对组件协同装配解空间进行了分析。 第六章对组件型数字化样机协同仿真建模技术进行了研究。采用基于端口的组件建模方法,建立仿真元组件。以配置语义作为配置模板,快速建立仿真

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 组件技术的发展

1．2．1 制造业中的模块化组件技术

1．2．2 软件工程中的组件技术

1．2．3 仿真领域中的组件技术

1．3 层次化建模技术的发展

1．4 产品协同开发技术

1．4．1 协同设计技术

1．4．2 协同仿真技术

1．4．3 协同装配技术

1．5 数字化样机相关技术的研究

1．5．1 机构信息建模技术

1．5．2 含闭链系统仿真求解算法

1．5．3 交互实时仿真技术

1．6 组件化数字化样机多层次协同建模理论与方法

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究内容和章节安排

1．7 本章小结

第二章 面向数字化样机的产品信息基本模型表达

2．1 引言

2．2 面向数字化样机的产品信息模型

2．2．1 分层次的零件信息

2．2．2 数字化样机装配信息

2．2．3 数字化样机机构信息

2．2．4 面向数字化样机的产品信息模型建立过程

2．3 联接单元体识别与零件邻接图简化

2．3．1 联接单元体识别

2．3．2 零件邻接图的简化

2．4 机构信息的自动提取

2．5 算法分析与比较

2．6 本章小结

第三章 含闭链数字化样机系统几何求解算法

3．1 引言

3．2 欧拉群几何表达

3．2．1 伴随映射

3．2．2 广义速度、广义力及广义惯性张量

3．2．3 指数积公式

3．3 链杆关节运动学几何表达

3．3．1 主关节运动学几何表达

3．3．2 次关节运动学几何表达

3．4 基于几何的开链关节刚体求解

3．4．1 刚体链杆动力学

3．4．2 树型开链系统求解

3．5 基于几何的含闭链系统求解

3．5．1 闭链系统加速度约束

3．5．2 含闭链系统拓扑分析

3．5．3 含闭链系统算法中运动环非根节链杆的消除

3．5．4 含闭链系统中运动环根节点链杆消除

3．6 求解过程中的约束稳定性

3．7 本章小节

第四章 面向数字化样机的层次混合仿真建模研究

4．1 引言

4．2 数字化样机中关节分类与组合表达

4．2．1 样机关节分类

4．2．2 关节球与骨架

4．2．3 主复关节的组合表达

4．2．4 次复关节的组合表达

4．3 样机关节模型表达

4．3．1 主关节模型表达

4．3．2 次关节模型表达

4．3．3 过渡关节的建立与表达

4．3．4 数字化样机系统动态基与固定基模型表达

4．4 数字化样机骨架模型的建立

4．4．1 关节骨架模型的建立

4．4．2 零件骨架模型的建立

4．5 数字化样机层次混合型仿真模型的建立

4．5．1 数字化样机混合仿真模型表达

4．5．2 样机仿真模型选取规则的制定

4．5．3 数字化样机仿真模型的建立

4．6 本章小节

第五章 组件型数字化样机单元协同装配建模技术研究

5．1 引言

5．2 连接端口定义

5．2．1 形状特征与配合特征

5．2．2 连接端口的建立

5．3 连接元的建立

5．3．1 可装配构件

5．3．2 主从装配模型的建立

5．3．3 连接元定义

5．4 数字化样机单元组件化表达

5．4．1 元组件对象表达

5．4．2 复合组件对象表达

5．5 数字化样机单元组件间协同装配

5．5．1 组件型数字化样机单元协同装配系统框架

5．5．2 组件型数字化样机单元协同装配过程

5．5．3 数字化样机单元协同装配解空间分析

5．6 本章小结

第六章 组件型数字化样机协同仿真建模技术研究

6．1 引言

6．2 仿真元组件表达

6．2．1 仿真元组件对象组成

6．2．2 仿真元组件配置接口

6．2．3 仿真元组件行为模型

6．2．4 仿真元组件范式表达

6．3 仿真组件间配置语义的表达与识别

6．3．1 配置语义的表达

6．3．2 基于约束组集的交互行为建模

6．3．3 仿真组件间配置语义的识别

6．3．4 仿真复合组件对象表达

6．4 仿真组件间的运动协同

6．4．1 接口间运动协同分类

6．4．2 仿真组件运动协同算法

6．5 面向服务的数字化样机协同仿真架构的建立

6．5．1 协同仿真服务体系框架

6．5．2 面向服务的网络协同仿真建模

6．5．3 面向服务的局部协同仿真建模

6．6 本章小结

第七章 组件型数字化样机仿真原型系统实现与应用

7．1 引言

7．2 数字化样机仿真原型系统的组织架构

7．2．1 数据层

7．2．2 网络通信层

7．2．3 应用服务层

7．2．4 场景管理与人机交互层

7．3 应用实例

7．3．1 汽车发动机曲柄活塞分析

7．3．2 月球车前悬架分析

7．3．3 Mini baja汽车前悬架分析

7．4 本章小结

第八章 总结与展望

8．1 全文总结

8．2 今后工作展望

参考文献

附录一:攻读博士论文期间发表(录用)学术论文

附录二:攻读博士论文期间参加科研项目

附录三:参加完成的科研项目鉴定获奖证书

致谢

发布时间: 2005-10-08

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标签：数字化样机论文;  层次建模论文;  虚拟装配论文;  协同设计论文;  协同装配论文;  协同仿真论文;  配置语义论文;  端口论文;  组件论文;  关节骨架论文;  虚拟现实论文;  产品配置论文;