資源描述：
《基于運動捕獲的飛機管路虛擬裝配仿真技術(shù)研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、基于運動捕獲的飛機管路虛擬裝配仿真技術(shù)研究ResearchonVirtualAssemblySimulationTechnologyofAircraftPipelineBasedonMotionCapture北京航空航天大學機械工程及自動化學院范為趙罡肖文磊范為碩士，主要研究方向為結(jié)構(gòu)裝配仿真．人機工程仿真。虛擬裝配是近年來裝配領(lǐng)域的一個重要研究方向，虛擬裝配技術(shù)體現(xiàn)了兩層映射”。2]：一是虛擬世界中的模型映射真實產(chǎn)品；二是模型仿真步驟映射產(chǎn)品裝配步驟。前者省掉了產(chǎn)品物理樣機，后者可實現(xiàn)裝配過程可行性驗證[3-
2、4]o虛擬裝配技術(shù)主要包括相應飛機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的裝配順序規(guī)劃和裝配路徑規(guī)劃【5]。裝配順序規(guī)劃是指已有幾何模型裝配過程或拆卸過程提出通過運動捕獲的方式實時獲取虛擬人動作姿態(tài)，將其應用在Delmia軟件和獨立開發(fā)的程序中進行虛擬人仿真的方法，完成人機工程裝配仿真，并在一套產(chǎn)品實例裝配仿真系統(tǒng)中進行驗證。經(jīng)過實踐驗證，在人機工程裝配仿真中使用此種方法。操作者的動作可以控制軟件中的虛擬人完成裝配仿真動作。相比傳統(tǒng)的虛擬人姿態(tài)控制方式，此方法可大幅提高虛擬人裝配仿真的工作效率，節(jié)省調(diào)整虛擬人姿態(tài)工作時間oDOI：10．1
3、6080／j．issnl671．833x．2015．23／24．075的零部件運動順序，根據(jù)“變拆為裝”的思想，只有經(jīng)過合理的零部件拆卸順序逆轉(zhuǎn)處理才能獲得合理的產(chǎn)品裝配順序，完成產(chǎn)品實例裝配過程。裝配順序規(guī)劃是裝配方案設(shè)計中最重要的一項步驟，決定了裝配仿真方案是否合理。路徑規(guī)劃是指產(chǎn)品模型在裝配過程中的運動路徑設(shè)計，既包括產(chǎn)品在指定裝配路徑引導下能否到達終點位置、實現(xiàn)裝配目標，也包括產(chǎn)品在運動過程所經(jīng)過的空間位置是否會被障礙物遮擋，是否能夠按照預定方案完成裝配路徑運動等情況。裝配路徑規(guī)劃通常是三維仿真軟件(如
4、Catia／Delmia)裝配仿真過程中最常用到的功能，所指定的運動路徑既可是二維平面運動，也可是三維空間運動。在Catia軟件中，通過Automation開發(fā)方式，提供大約360個操作函數(shù)接口，覆蓋Catia軟件中的大部分常用功能，利用宏或腳本，將一系列的命令和操作進行編輯，實現(xiàn)Catia功能的自動操作和連續(xù)執(zhí)行；通過VisualBasic編寫腳本，即以VBA的方式建立Catia圖形界面接口，完成Catia軟件中的自定義功能，是一種較高層次的Catia二次開發(fā)實現(xiàn)。本文針對某新型號飛機項目，使2015年第23
5、／24期·航空制造技術(shù)75用一套飛機裝配產(chǎn)品實例，針對某部件管路結(jié)構(gòu)的裝配仿真，通過動作捕捉設(shè)備，使用運動捕獲的方式獲取虛擬人姿態(tài)，完成人機工程裝配仿真，驗證操作者虛擬裝配實際操作的可達性。在實際使用中，通過Delmia軟件和獨立開發(fā)程序分別驗證了此種人機工程裝配仿真方法的可行性，并對兩種使用環(huán)境特點進行了對比?？紤]到新型號飛機中涉及很多創(chuàng)新理論的實踐和驗證，且新型號項目中的飛機無法大規(guī)模生產(chǎn)，由此導致了新型號飛機項目的成本提高、工作量增大。在以前的新型號試制任務中，需要在先完成生產(chǎn)圖紙前提下，制造兩架新型號飛
6、機的原型機，在制造過程中發(fā)現(xiàn)一些產(chǎn)品零件及產(chǎn)品裝配的實際應用問題或操作問題，發(fā)現(xiàn)問題后修改圖紙，再進行原型機的修改制造步驟。經(jīng)過長時間的摸索和修改，兩架原型機制造完成后，再進行相應的裝配驗證和破壞驗證工作。這樣的工作流程存在生產(chǎn)周期長、返工率高、重復工作量大、生產(chǎn)效率低、成本高等問題。相比較而言，本文對虛擬裝配技術(shù)仿真的研究，充分體現(xiàn)了使用三維軟件進行虛擬建模、虛擬裝配的優(yōu)點，在前期的設(shè)計和建模工作中，不需要真正制造出原型機，設(shè)計方案、裝配情況可以實時任意修改，大量縮短生產(chǎn)時間，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本。此外
7、，通過虛擬情況下的建模及裝配仿真還可對實際生產(chǎn)時的工作方法進行高效指導。虛擬人姿態(tài)控制傳統(tǒng)裝配仿真中，只包含產(chǎn)品的運動路徑規(guī)劃、裝配順序規(guī)劃和碰撞檢測等，但不包括對操作人員裝配仿真情況的考慮，人機工程仿真則很好地解決了這個問題。加入仿真環(huán)境中的虛擬人，可測試操作人員是否具有足夠工作空間、是否與周圍產(chǎn)品發(fā)生碰撞、實際工作中運動路徑是否合76航空制造技術(shù)·2015年第23／24期理等。虛擬人能夠很好地模擬人體的幾何尺寸，因此在人機工效學方面發(fā)揮著重要作用。如在設(shè)計1個工作環(huán)境前，可用虛擬人分析環(huán)境中物體的可視性、可
8、達性，通過對虛擬人位置姿態(tài)進行調(diào)整，模擬人工作時的力矩分析及疲勞強度，從而及早發(fā)現(xiàn)和修改設(shè)計中存在的缺陷，從而提高工人工作效率、舒適度及安全性能等。相對于傳統(tǒng)的裝配仿真，人機工程仿真具有更真實的視覺效果、更及時有效的人機工效分析、更有實際意義的參考價值等特點，通過虛擬人體模型驅(qū)動、虛擬人體模型位置跟蹤等手段，實現(xiàn)虛擬人裝配動作仿真。為了使人機工程仿真中虛擬人動作的效果更佳真實、自然，需
