基于VRML的减速器虚拟装配技术研究
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摘要
装配设计是产品设计的重要环节，对产品的成本、质量和上市时间有重大影响。虚拟装配是虚拟制造技术的一个重要组成部分，是当前装配设计技术的一种崭新的思路和方法，具有非常重要的研究价值。本文对虚拟装配的体系结构和关键技术进行了研究，包括三维建模、虚拟环境、装配规划和优化评价等方面内容。并且对装配规划中的碰撞检测技术进行了较为深入的研究。在此基础上，我们利用虚拟现实建模语言VRML，结合高级编程语言Java，构建了虚拟装配的交互环境，并用面向对象的方法，通过JavaScript在VRML内部构建了碰撞对象，实现了碰撞检测功能。在我们构建的虚拟环境下，用户可以与装配对象进行实时的交互操作；可以从零件库中选择零件的装配顺序，并根据装配环境和碰撞信息，调整装配零部件的装配路径和姿态。并以减速器为实例实现产品的虚拟装配。
Assemble-design is the important link for product-design. It can make great effect on varied respect of the product, including its cost, quality and time to market. Virtual assembly is an important part of virtual manufacture technique. It has very important research value for being a kind of brand-new thought or method to the technique of assembling designing at present. This paper has researched about the system structure and key technology of virtual assembly, Including respects of three-dimensional modeling, virtual environment, assembling planned, optimization and evaluation etc. In addition, more deep research is carried out on the technology of collision detection in assembling plan. On this basis, by the use of virtual reality modeling language VRML, combining with advanced programming language Java, we set up a virtual environment for assemblage, and establish the colliding object within VRML to realize the function of collide-checked using object-oriented method by JavaScript. Under virtual environ
ment that we established, user can make interactive operation on assemble target in real-time. That is: We can choose the part assemble sequence from the storehouse, and can adjust the assembly path and posture of assembling parts according to environment around and information of colliding. We have finished the process of virtual assembly with the example of speed reducer finally.
Assemble-design is the important link for product-design. It can make great effect on varied respect of the product, including its cost, quality and time to market. Virtual assembly is an important part of virtual manufacture technique. It has very important research value for being a kind of brand-new thought or method to the technique of assembling designing at present. This paper has researched about the system structure and key technology of virtual assembly, Including respects of three-dimensional modeling, virtual environment, assembling planned, optimization and evaluation etc. In addition, more deep research is carried out on the technology of collision detection in assembling plan. On this basis, by the use of virtual reality modeling language VRML, combining with advanced programming language Java, we set up a virtual environment for assemblage, and establish the colliding object within VRML to realize the function of collide-checked using object-oriented method by JavaScript. Under virtual environ
ment that we established, user can make interactive operation on assemble target in real-time. That is: We can choose the part assemble sequence from the storehouse, and can adjust the assembly path and posture of assembling parts according to environment around and information of colliding. We have finished the process of virtual assembly with the example of speed reducer finally.
引文
[1] 朱名铨，张树生，等．虚拟制造系统与实现．西北工业大学出版社，2001
[2] Connacher H I, Jayaram S, Lyons K W. Virtua lassembly design environment. In:Proceedings of 1995 ASME Computers in Engineering Conference and Engineering Database Symposium, Boston, MA, USA,September, 1995:875～885.
[3] Jayaram S, Connacher H I, Lyons K W. Virtual assembly using virtual reality techniques. Computer Aided Design, 1997, 29(8): 575～584.
[4] Schm itz B. Virtual reality: On the brink of greatness[J]. Computer Aided Engineering, 1993, 12(4): 26～32.
[5] 丁良旭，虚拟技术与汽车工业．客车技术与研究，第24卷，第2期
[6] 隋爱娜，吴威，赵沁平．虚拟装配与虚拟原型机的理论与技术分析．系统仿真学报，2000年7月
[7] 范菁，董金祥．虚拟环境中的产品装配技术．工程设计，2000．3
[8] 陶品，叶榛，王洋，孙增圻．虚拟装配仿真平台的研究与实现．系统仿真学报，2001年11月
[9] 梁海奇，王增强，莫蓉，杨海成．虚拟产品开发中的装配建模研究．机械科学与技术，2001年3月
[10] 莫蓉，何卫平，杨彭基．碰撞检测与干涉检测方法研究．西北工业大学学报，1997年8月
[11] 李原，张涛，曹哲，杨海成．支持操作的装配仿真技术研究．工程设计，2000．1
[12] 杨海成．计算机辅助制造工程．西北工业大学出版社，2001
[13] Kendra E Moore, Askiner Gungor, Surendra M Gupta. A Petri Net Appreach to Disassembly Process Planning. Computers and Industrial Engineering, 1998. 35:165-168.
[14] 胡平，王成国，庄茁．虚拟工程与科学．气象出版社，2001
[15] Par Klingstam, Per Gullander. Overview of simulation tools for computer aided production engineering. Computers in Industtry, 1999, 38: 173-186.
[16] 黄斌，严隽琪，蒋祖华．虚拟产品开发技术及其建模方法的研究．计算机集
成制造系统-CIMS，2002．4：259-262
[17]吴启迪．系统仿真与虚拟现实．化学工业出版社，2002
[18]杨楠，王云莉，杨涛，肖元田．虚拟企业信息基础设施框架研究．计算机集成制造系统-CIMs，2002．3：813-818
[19]潘双夏，姜少飞，冯培恩，赵亮．产品生命周期的成本决策支持系统框架研究．计算机集成制造系统-CIMS，2002．11：881-886
[20]李伯虎，柴旭东．复杂产品虚拟样机工程．计算机集成制造系统-CIMS．2002．9：678-683
[21]吴小华，等．VRML与Java编程．国防工业出版社，2002
[22]Rodger Lea，Kouichi Matsuda，Ken Miyashita．妙用Java及VRML开发三维图形．葛小成，冯艳，张莉，胡春燕，译．电子工业出版社，1999
[23]Cay S．Horstmann，Gary Cornell．Java 2核心技术．京京，译．机械工业出版社，2000
[24]Michael Werich, Paul Drews. An interactive environment for virtual manufacturing: the virtual bench. Computers in Industry, 1999, 38, 38: 5-15.
[25]田丰，程成，陈由迪，戴国忠．面向虚拟装配的三维交互平台．计算机辅助设计与图形学学报，2002．3
[26]董金样，杨小虎，等．产品数据表达与交换标准STEP及其应用．机械工业出版社，1993
[27]张胜文．计算机辅助装配工艺设计系统开发平台的研究．江苏机械制造与自动化，2000年第4期
[28]董兴辉，童秉枢，孟祥生．装配仿真关键技术的研究和实现．计算机应用，2000．8
[29]杨锟，刘继红．面向虚拟装配的装配建模技术．机械科学与技术，2001．3
[30]蒋琴仙．虚拟装配技术的研究．机械设计与制造工程，2000．11
[31]刘文剑，常伟，金天国，柏合民．CAD／CAM集成技术．哈尔滨工业大学出版社，2000．12
[32]汪成为，高文，王行仁．灵境(虚拟现实)技术的理论、实现即应用．清华大学出版社，广西科学技术出版社，1996
[33]王兆其，汪成为，等．面向对象碰撞检测方法及其在分布式虚拟环境中的应用．计算机学报，1998．11
[34]肖田元，郑会永等．虚拟制造体系结构研究．计算机集成制造系统，1999(2)
[35] 王志新，等．虚拟技术及其应用．上海理工大学学报，1998(1)
[36] 周祖德．快速制造与虚拟制造．中国机械式程，1999(8)
[37] 庄晓，等．虚拟环境中的快速产品装配建模．中国机械工程，1999(2)
[38] 黄娟，顾寄南．装配仿真中碰撞干涉检查研究的综述．江苏大学学报，2002．3
[39] 涂超．虚拟空间中的碰撞检测．武汉理工大学学报，2001．11
[40] 施笑畏，何卫平，杨彭基．平面简单多边形平移干涉检测的最优算法．西北工业大学学报，1999．11
[41] 范昭炜，万华根，高署明．基于并行的快速碰撞检测算法．系统仿真学报，2000．12(5)
[42] 严隽琪，等．虚拟制造的理论与技术基础研究．中国机械工程，1999(9)
[43] 吕秋灵，张珏．基于矢量的三角网面体碰撞检测方法．计算机辅助工程，2002．3
[44] 朱向阳，钟秉林，熊有伦．机器人无碰撞路径规划中的碰撞检测应．科学学报，1998．3
[45] 孙立新，诸昌钤，孙革伟，庄勇．分布式虚拟环境中碰撞检测研究．系统仿真学报，2002．6
[46] 高春晓，刘玉树．碰撞检测技术综述．计算机工程与应用，2002．5
[47] S. Gottschalk, M. C. Lin, D. Manocha. OBB-Tree: A Hierarchical Struckure for Rapid Interference Detection Proceedings of Siffraph 1996:171-180
[48] 魏迎梅，吴泉源，石教英．虚拟环境中的碰撞检测方法．计算机工程与科学，2001．2
[49] 仇晓黎，易红，顾建钧．在Solid Edge中案现虚拟装配．制造业自动化，2001．5
[50] 程凯．面向并行产品设计的虚拟装配技术在飞机设计中的应用．航空制造技术，2001．4
[51] 刘天剑，金天国．产品自顶向下设计的研究现状及其发展方向．计算机集成制造系统-CIMS，2002．1：1-7
[52] 刘振宇，谭建荣，张树有．面向虚拟装配的产品层次信息表达研究．计算机辅助设计与国形学学报，2001．3
[53] 姜杉，王玉新，喻宏波．三维实体机构虚拟装配及运动仿真的自动化方法．天津大学学报，2001．2
[54] 余龙华，沈林威，常文森．一种基于TIN表达的碰撞检测方法研究．国防科技大学学报，2000，VOL．22 No．1：15-19
[55] 杨浩．JavaScript入门与提高．清华大学出版社，2001
[56] 魏志强，卫先逵，等．分布式设计环境下的产品数据合成技术．计算机集成制造系统-CIMS，2002．11：887-891
[57] 郑钰琪．基于VRML的网络异地协同设计的研究．西北工业大学出版社，2002
[58] 杨化冰，刘忠丽，刘忠轩，王庆华．虚拟现实构造语言VRML．北京航空航天大学出版社，2000
[59] 余军合，祈国宁，吴昭同．基于零件库标准的产品信息建模技术．计算机集成制造系统-CIMS，2002．4：263-268
[60] 杨榆萍，罗炜．虚拟装配中的工艺规划及仿真技术．机械研究与应用，2001．9
[61] 吴广玉，姜复兴．机器人工程导论．哈尔滨工业大学出版社，1988
[62] 杨鹏，刘继红，管强．面向装配序列优化的一种改进基因算法．计算机集成制造系统-CIMS，2002．6：467-471
[63] 罗振东，廖光裕．计算机图示学原理和方法．复旦大学出版社，1993
[64] 李磊，魏生民，张军波．装配割集的可行性判断．计算机集成制造系统-CIMS，2002．12：993-996
[65] 林建．基于OpenGL的机械零件虚拟装配方法．机械工程师，2001．10
[66] 尚涛，石瑞伟，等．工程计算可视化与MATLAB实现．武汉大学出版社，2002．1
[67] 龚剑，朱亮．MALAB5.X入门与提高．清华大学出版社，2000
[68] 陶品，张钹，叶榛．三维模型特征识别中的分割与编码算法．计算机集成制造系统-CIMS，2002．10：813-818
[69] 王丹，王斌．基于Java的虚拟现实技术在电子商务中的应用．计算机应用研究，2002．4
[70] 田立中，付宜利，马玉林，谢龙．装配路径规划中基于动态坐标的A搜索算法．计算机集成制造系统-CIMS，2002．4：316-319
[71] 罗笑南，王若梅．计算机图形学．中山大学出版社，1999
[72] 石教英．虚拟现实基础及实用算法．科学出版社，2002
[73] 吴家铸，党岗，等．视景仿真技术及应用．西安电子科技大学出版社，2001
[74] 张秀山，等．虚拟现实技术及编程技巧．国防科技大学出版社，1999
[2] Connacher H I, Jayaram S, Lyons K W. Virtua lassembly design environment. In:Proceedings of 1995 ASME Computers in Engineering Conference and Engineering Database Symposium, Boston, MA, USA,September, 1995:875～885.
[3] Jayaram S, Connacher H I, Lyons K W. Virtual assembly using virtual reality techniques. Computer Aided Design, 1997, 29(8): 575～584.
[4] Schm itz B. Virtual reality: On the brink of greatness[J]. Computer Aided Engineering, 1993, 12(4): 26～32.
[5] 丁良旭，虚拟技术与汽车工业．客车技术与研究，第24卷，第2期
[6] 隋爱娜，吴威，赵沁平．虚拟装配与虚拟原型机的理论与技术分析．系统仿真学报，2000年7月
[7] 范菁，董金祥．虚拟环境中的产品装配技术．工程设计，2000．3
[8] 陶品，叶榛，王洋，孙增圻．虚拟装配仿真平台的研究与实现．系统仿真学报，2001年11月
[9] 梁海奇，王增强，莫蓉，杨海成．虚拟产品开发中的装配建模研究．机械科学与技术，2001年3月
[10] 莫蓉，何卫平，杨彭基．碰撞检测与干涉检测方法研究．西北工业大学学报，1997年8月
[11] 李原，张涛，曹哲，杨海成．支持操作的装配仿真技术研究．工程设计，2000．1
[12] 杨海成．计算机辅助制造工程．西北工业大学出版社，2001
[13] Kendra E Moore, Askiner Gungor, Surendra M Gupta. A Petri Net Appreach to Disassembly Process Planning. Computers and Industrial Engineering, 1998. 35:165-168.
[14] 胡平，王成国，庄茁．虚拟工程与科学．气象出版社，2001
[15] Par Klingstam, Per Gullander. Overview of simulation tools for computer aided production engineering. Computers in Industtry, 1999, 38: 173-186.
[16] 黄斌，严隽琪，蒋祖华．虚拟产品开发技术及其建模方法的研究．计算机集
成制造系统-CIMS，2002．4：259-262
[17]吴启迪．系统仿真与虚拟现实．化学工业出版社，2002
[18]杨楠，王云莉，杨涛，肖元田．虚拟企业信息基础设施框架研究．计算机集成制造系统-CIMs，2002．3：813-818
[19]潘双夏，姜少飞，冯培恩，赵亮．产品生命周期的成本决策支持系统框架研究．计算机集成制造系统-CIMS，2002．11：881-886
[20]李伯虎，柴旭东．复杂产品虚拟样机工程．计算机集成制造系统-CIMS．2002．9：678-683
[21]吴小华，等．VRML与Java编程．国防工业出版社，2002
[22]Rodger Lea，Kouichi Matsuda，Ken Miyashita．妙用Java及VRML开发三维图形．葛小成，冯艳，张莉，胡春燕，译．电子工业出版社，1999
[23]Cay S．Horstmann，Gary Cornell．Java 2核心技术．京京，译．机械工业出版社，2000
[24]Michael Werich, Paul Drews. An interactive environment for virtual manufacturing: the virtual bench. Computers in Industry, 1999, 38, 38: 5-15.
[25]田丰，程成，陈由迪，戴国忠．面向虚拟装配的三维交互平台．计算机辅助设计与图形学学报，2002．3
[26]董金样，杨小虎，等．产品数据表达与交换标准STEP及其应用．机械工业出版社，1993
[27]张胜文．计算机辅助装配工艺设计系统开发平台的研究．江苏机械制造与自动化，2000年第4期
[28]董兴辉，童秉枢，孟祥生．装配仿真关键技术的研究和实现．计算机应用，2000．8
[29]杨锟，刘继红．面向虚拟装配的装配建模技术．机械科学与技术，2001．3
[30]蒋琴仙．虚拟装配技术的研究．机械设计与制造工程，2000．11
[31]刘文剑，常伟，金天国，柏合民．CAD／CAM集成技术．哈尔滨工业大学出版社，2000．12
[32]汪成为，高文，王行仁．灵境(虚拟现实)技术的理论、实现即应用．清华大学出版社，广西科学技术出版社，1996
[33]王兆其，汪成为，等．面向对象碰撞检测方法及其在分布式虚拟环境中的应用．计算机学报，1998．11
[34]肖田元，郑会永等．虚拟制造体系结构研究．计算机集成制造系统，1999(2)
[35] 王志新，等．虚拟技术及其应用．上海理工大学学报，1998(1)
[36] 周祖德．快速制造与虚拟制造．中国机械式程，1999(8)
[37] 庄晓，等．虚拟环境中的快速产品装配建模．中国机械工程，1999(2)
[38] 黄娟，顾寄南．装配仿真中碰撞干涉检查研究的综述．江苏大学学报，2002．3
[39] 涂超．虚拟空间中的碰撞检测．武汉理工大学学报，2001．11
[40] 施笑畏，何卫平，杨彭基．平面简单多边形平移干涉检测的最优算法．西北工业大学学报，1999．11
[41] 范昭炜，万华根，高署明．基于并行的快速碰撞检测算法．系统仿真学报，2000．12(5)
[42] 严隽琪，等．虚拟制造的理论与技术基础研究．中国机械工程，1999(9)
[43] 吕秋灵，张珏．基于矢量的三角网面体碰撞检测方法．计算机辅助工程，2002．3
[44] 朱向阳，钟秉林，熊有伦．机器人无碰撞路径规划中的碰撞检测应．科学学报，1998．3
[45] 孙立新，诸昌钤，孙革伟，庄勇．分布式虚拟环境中碰撞检测研究．系统仿真学报，2002．6
[46] 高春晓，刘玉树．碰撞检测技术综述．计算机工程与应用，2002．5
[47] S. Gottschalk, M. C. Lin, D. Manocha. OBB-Tree: A Hierarchical Struckure for Rapid Interference Detection Proceedings of Siffraph 1996:171-180
[48] 魏迎梅，吴泉源，石教英．虚拟环境中的碰撞检测方法．计算机工程与科学，2001．2
[49] 仇晓黎，易红，顾建钧．在Solid Edge中案现虚拟装配．制造业自动化，2001．5
[50] 程凯．面向并行产品设计的虚拟装配技术在飞机设计中的应用．航空制造技术，2001．4
[51] 刘天剑，金天国．产品自顶向下设计的研究现状及其发展方向．计算机集成制造系统-CIMS，2002．1：1-7
[52] 刘振宇，谭建荣，张树有．面向虚拟装配的产品层次信息表达研究．计算机辅助设计与国形学学报，2001．3
[53] 姜杉，王玉新，喻宏波．三维实体机构虚拟装配及运动仿真的自动化方法．天津大学学报，2001．2
[54] 余龙华，沈林威，常文森．一种基于TIN表达的碰撞检测方法研究．国防科技大学学报，2000，VOL．22 No．1：15-19
[55] 杨浩．JavaScript入门与提高．清华大学出版社，2001
[56] 魏志强，卫先逵，等．分布式设计环境下的产品数据合成技术．计算机集成制造系统-CIMS，2002．11：887-891
[57] 郑钰琪．基于VRML的网络异地协同设计的研究．西北工业大学出版社，2002
[58] 杨化冰，刘忠丽，刘忠轩，王庆华．虚拟现实构造语言VRML．北京航空航天大学出版社，2000
[59] 余军合，祈国宁，吴昭同．基于零件库标准的产品信息建模技术．计算机集成制造系统-CIMS，2002．4：263-268
[60] 杨榆萍，罗炜．虚拟装配中的工艺规划及仿真技术．机械研究与应用，2001．9
[61] 吴广玉，姜复兴．机器人工程导论．哈尔滨工业大学出版社，1988
[62] 杨鹏，刘继红，管强．面向装配序列优化的一种改进基因算法．计算机集成制造系统-CIMS，2002．6：467-471
[63] 罗振东，廖光裕．计算机图示学原理和方法．复旦大学出版社，1993
[64] 李磊，魏生民，张军波．装配割集的可行性判断．计算机集成制造系统-CIMS，2002．12：993-996
[65] 林建．基于OpenGL的机械零件虚拟装配方法．机械工程师，2001．10
[66] 尚涛，石瑞伟，等．工程计算可视化与MATLAB实现．武汉大学出版社，2002．1
[67] 龚剑，朱亮．MALAB5.X入门与提高．清华大学出版社，2000
[68] 陶品，张钹，叶榛．三维模型特征识别中的分割与编码算法．计算机集成制造系统-CIMS，2002．10：813-818
[69] 王丹，王斌．基于Java的虚拟现实技术在电子商务中的应用．计算机应用研究，2002．4
[70] 田立中，付宜利，马玉林，谢龙．装配路径规划中基于动态坐标的A搜索算法．计算机集成制造系统-CIMS，2002．4：316-319
[71] 罗笑南，王若梅．计算机图形学．中山大学出版社，1999
[72] 石教英．虚拟现实基础及实用算法．科学出版社，2002
[73] 吴家铸，党岗，等．视景仿真技术及应用．西安电子科技大学出版社，2001
[74] 张秀山，等．虚拟现实技术及编程技巧．国防科技大学出版社，1999