基于GPS的虚拟装配精细力觉渲染技术研究

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在机械装配中,零件配合的几何公差不同将导致不同的装配力需求,提供精准的装配力是保证装配质量的重要条件之一。因此,在虚拟装配领域,为了模拟真实装配过程,力觉交互技术成为研究热点。逼真的力觉交互可以实现更为真实的操作感知,提高虚拟装配的效率。然而,现有的力觉模型尚未系统考虑零件几何误差影响,导致虚拟装配力觉与真实装配差异较大。本文基于新一代产品几何技术规范(GPS)中的标准和理论,综合考虑零件几何误差的影响,对典型装配的虚拟装配力觉模型展开研究,主要工作包括:(1)研究面向虚拟装配力觉计算的肤面模型(Skin Model Shapes)构建技术。提出了一种肤面模型构建方法,包括分离操作、离散操作、分析操作、整合操作;以典型的圆柱面和平面为例具体构建了机械零件肤面模型;提出了一种肤面模型可视化方法,用高度云图表示了肤面模型表面轮廓。(2)研究基于肤面模型的虚拟装配力觉建模技术。提出了一种面向过渡和过盈配合的柔顺定位方法,包括姿态定位阶段和位置定位阶段;提出了基于肤面模型的装配空间和公差空间的概念,并给出两种空间的计算方法;针对约束装配阶段,提出虚拟装配力觉模型建模方法,以轴孔装配和平键装配为典型实例进行了具体介绍。(3)研究虚拟螺栓装配力觉建模技术。分析了零件几何误差对螺栓装配扭矩的影响;基于SDT理论研究装配过程中公差信息的表示方法;将螺栓装配分为三个阶段:导向阶段、过渡阶段、线性阶段。分阶段给出了考虑几何误差的虚拟螺栓装配力觉模型。(4)搭建实验验证平台,对本文提出的虚拟装配力觉模型进行验证。搭建了真实装配测力平台和虚拟装配原型系统,并设计了客观对照实验和主观评估实验分别进行验证。实验结果表明本文提出的装配力觉模型在逼真度和实际应用效果上都较现有方法有很好的提升。
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