目前的虚拟装配系统设计往往以功能和技术为中心,未考虑人的交互体验,未能充分发挥虚拟现实技术(VR,Virtual Reality)的交互性特点,导致虚拟装配技术未能在行业内应用。随着虚拟现实技术的不断发展,在虚拟装配领域,国内外学者的研究目标逐渐由基本装配功能的实现转变为提高用户装配操作体验。针对传统虚拟装配系统交互手段不足、装配操作复杂、沉浸感不强的缺点。本文研究了VR环境下基于虚拟手操作的装配仿真技术,旨在降低人在交互过程中的认知负荷和操作负荷,实现虚拟装配系统由面向功能到面向用户交互体验的转变。为机械产品的可装配性验证、装配工艺规划和分析、装配操作培训与指导提供新的方法和手段。论文完成的主要工作及取得的研究成果如下:(1)设计了VR环境下基于虚拟手操作的装配仿真系统框架。首先分析了装配仿真系统的功能需求,在此基础上提出了装配仿真系统的总体设计方案,给出了系统的操作流程并介绍了系统的软硬件体系结构。为论文的后续研究指明方向。(2)研究了面向虚拟装配的虚拟手操作技术。根据虚拟手与机械零件的特点,建立了虚拟手与零件的碰撞检测模型,使虚拟手与零件能充分接触;在此基础上计算虚拟手与零件的接触点,解决虚拟手与零件的穿透问题;分析现有抓取方法,给出了一种适应零件形状的虚拟手抓取方法,通过类比实际抓取物体的物理现象,定义抓取副的概念作为稳定抓取的判断条件;根据虚拟手抓取零件的接触点集,求解虚拟手变换零件的位姿矩阵,以保证虚拟手操作零件的精度;最后,通过对不同零件的操作实例,验证了所提方法的有效性。(3)研究了集成物理行为与几何约束的装配过程仿真方法。分析装配任务各环节零件的行为特点,将零件的装配过程分为自由操作阶段和装配操作阶段,对不同的阶段采用不同的仿真技术,改进以往单一装配过程的不足;对于自由操作阶段的零件物理行为采用基于物理的装配过程仿真方法,而对于装配操作阶段的零件装配行为采用基于几何约束的装配过程仿真方法;最后通过实例验证集成方法的可行性。在上述研究成果的基础上,基于Unity3D虚拟现实引擎开发基于虚拟手操作的装配仿真系统。通过建立一个与真实装配环境相一致的虚拟装配环境,使用LeapMotion与HTC VIVE为交互设备,应用典型机械产品进行了交互装配验证。