基于運(yùn)動(dòng)捕獲的飛機(jī)管路虛擬裝配仿真技術(shù)研究

《基于運(yùn)動(dòng)捕獲的飛機(jī)管路虛擬裝配仿真技術(shù)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、基于運(yùn)動(dòng)捕獲的飛機(jī)管路虛擬裝配仿真技術(shù)研究ResearchonVirtualAssemblySimulationTechnologyofAircraftPipelineBasedonMotionCapture北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院范為趙罡肖文磊范為碩士，主要研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)裝配仿真．人機(jī)工程仿真。虛擬裝配是近年來裝配領(lǐng)域的一個(gè)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(shí)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(jī)，后者可實(shí)現(xiàn)裝配過程可行性驗(yàn)證[3-

2、4]o虛擬裝配技術(shù)主要包括相應(yīng)飛機(jī)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(yùn)動(dòng)捕獲的方式實(shí)時(shí)獲取虛擬人動(dòng)作姿態(tài)，將其應(yīng)用在Delmia軟件和獨(dú)立開發(fā)的程序中進(jìn)行虛擬人仿真的方法，完成人機(jī)工程裝配仿真，并在一套產(chǎn)品實(shí)例裝配仿真系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，在人機(jī)工程裝配仿真中使用此種方法。操作者的動(dòng)作可以控制軟件中的虛擬人完成裝配仿真動(dòng)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(shí)間oDOI：10．1

3、6080／j．issnl671．833x．2015．23／24．075的零部件運(yùn)動(dòng)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(shí)例裝配過程。裝配順序規(guī)劃是裝配方案設(shè)計(jì)中最重要的一項(xiàng)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(yùn)動(dòng)路徑設(shè)計(jì)，既包括產(chǎn)品在指定裝配路徑引導(dǎo)下能否到達(dá)終點(diǎn)位置、實(shí)現(xiàn)裝配目標(biāo)，也包括產(chǎn)品在運(yùn)動(dòng)過程所經(jīng)過的空間位置是否會(huì)被障礙物遮擋，是否能夠按照預(yù)定方案完成裝配路徑運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)路徑既可是二維平面運(yùn)動(dòng)，也可是三維空間運(yùn)動(dòng)。在Catia軟件中，通過Automation開發(fā)方式，提供大約360個(gè)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(jìn)行編輯，實(shí)現(xiàn)Catia功能的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)。本文針對(duì)某新型號(hào)飛機(jī)項(xiàng)目，使2015年第23

5、／24期·航空制造技術(shù)75用一套飛機(jī)裝配產(chǎn)品實(shí)例，針對(duì)某部件管路結(jié)構(gòu)的裝配仿真，通過動(dòng)作捕捉設(shè)備，使用運(yùn)動(dòng)捕獲的方式獲取虛擬人姿態(tài)，完成人機(jī)工程裝配仿真，驗(yàn)證操作者虛擬裝配實(shí)際操作的可達(dá)性。在實(shí)際使用中，通過Delmia軟件和獨(dú)立開發(fā)程序分別驗(yàn)證了此種人機(jī)工程裝配仿真方法的可行性，并對(duì)兩種使用環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比?？紤]到新型號(hào)飛機(jī)中涉及很多創(chuàng)新理論的實(shí)踐和驗(yàn)證，且新型號(hào)項(xiàng)目中的飛機(jī)無法大規(guī)模生產(chǎn)，由此導(dǎo)致了新型號(hào)飛機(jī)項(xiàng)目的成本提高、工作量增大。在以前的新型號(hào)試制任務(wù)中，需要在先完成生產(chǎn)圖紙前提下，制造兩架新型號(hào)飛

6、機(jī)的原型機(jī)，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(shí)際應(yīng)用問題或操作問題，發(fā)現(xiàn)問題后修改圖紙，再進(jìn)行原型機(jī)的修改制造步驟。經(jīng)過長時(shí)間的摸索和修改，兩架原型機(jī)制造完成后，再進(jìn)行相應(yīng)的裝配驗(yàn)證和破壞驗(yàn)證工作。這樣的工作流程存在生產(chǎn)周期長、返工率高、重復(fù)工作量大、生產(chǎn)效率低、成本高等問題。相比較而言，本文對(duì)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(jìn)行虛擬建模、虛擬裝配的優(yōu)點(diǎn)，在前期的設(shè)計(jì)和建模工作中，不需要真正制造出原型機(jī)，設(shè)計(jì)方案、裝配情況可以實(shí)時(shí)任意修改，大量縮短生產(chǎn)時(shí)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(duì)實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的工作方法進(jìn)行高效指導(dǎo)。虛擬人姿態(tài)控制傳統(tǒng)裝配仿真中，只包含產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃、裝配順序規(guī)劃和碰撞檢測(cè)等，但不包括對(duì)操作人員裝配仿真情況的考慮，人機(jī)工程仿真則很好地解決了這個(gè)問題。加入仿真環(huán)境中的虛擬人，可測(cè)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(shí)際工作中運(yùn)動(dòng)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(jī)工效學(xué)方面發(fā)揮著重要作用。如在設(shè)計(jì)1個(gè)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(dá)性，通過對(duì)虛擬人位置姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，模擬人工作時(shí)的力矩分析及疲勞強(qiáng)度，從而及早發(fā)現(xiàn)和修改設(shè)計(jì)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(duì)于傳統(tǒng)的裝配仿真，人機(jī)工程仿真具有更真實(shí)的視覺效果、更及時(shí)有效的人機(jī)工效分析、更有實(shí)際意義的參考價(jià)值等特點(diǎn)，通過虛擬人體模型驅(qū)動(dòng)、虛擬人體模型位置跟蹤等手段，實(shí)現(xiàn)虛擬人裝配動(dòng)作仿真。為了使人機(jī)工程仿真中虛擬人動(dòng)作的效果更佳真實(shí)、自然，需