陳嘉琳

摘要：20世紀(jì)90年代，發(fā)達(dá)國(guó)家逐漸出現(xiàn)了一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)，那就是再制造業(yè)。這項(xiàng)產(chǎn)業(yè)致力于提升廢舊產(chǎn)品性能，使其可以媲美新產(chǎn)品，十分的節(jié)能和環(huán)保。伴隨著不可再生能源的不斷減少，發(fā)展再制造業(yè)將有利于減緩我國(guó)的能源資源緊張問(wèn)題，還有利于優(yōu)化我國(guó)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。本文對(duì)機(jī)電設(shè)備再制造的拆解路徑生成方法進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：機(jī)電設(shè)備；再制造；拆解路徑；生成方法

一、設(shè)備再制造的技術(shù)發(fā)展

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，再制造技術(shù)憑借著高效、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)獲得了巨大的發(fā)展。再制造因?yàn)槭且环N低碳環(huán)保的技術(shù)，所以推廣和應(yīng)用該技術(shù)是順應(yīng)資源合理利用以及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代要求的[1]。機(jī)電設(shè)備再制造主要是以產(chǎn)品全壽命周?chē)鳛槔碚撝笇?dǎo)，目的是為了實(shí)現(xiàn)提升廢舊產(chǎn)品的性能，其準(zhǔn)則是節(jié)能、降耗，通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段，將廢舊產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)等一系列改造活動(dòng)的總稱(chēng)。機(jī)電設(shè)備再制造是一種高端循環(huán)再生方式，通過(guò)修復(fù)技術(shù)，將機(jī)電設(shè)備中的廢舊零件重新修復(fù)，達(dá)到可以和新產(chǎn)品媲美的狀態(tài)，這樣不僅可以延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，還能提高技術(shù)性能，將產(chǎn)品的作用充分地發(fā)揮出來(lái)。

早期拆解方法通常是人工拆解，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人自動(dòng)拆解逐漸應(yīng)用。對(duì)機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)編程，然后機(jī)器人會(huì)根據(jù)編好的程序來(lái)對(duì)零件進(jìn)行拆解重組，其中，拆解路徑規(guī)劃是自動(dòng)拆解的關(guān)鍵技術(shù)。

二、拆解路徑規(guī)劃算法

通過(guò)研究機(jī)電產(chǎn)品的再制造的工藝流程，我們可以發(fā)現(xiàn)，拆解過(guò)程是整個(gè)再制造環(huán)節(jié)的第一步，意思就是將完整的產(chǎn)品拆分為若干個(gè)單個(gè)零件；然后，進(jìn)行分類(lèi)檢測(cè)，檢測(cè)完成后，將零件按照能否使用的程度分為不同類(lèi)別[2]。最后再進(jìn)行裝配檢測(cè)，使用直接重用件和再制造件，再添加一些新的零部件，然后就可以進(jìn)行裝配，之后檢測(cè)完成的產(chǎn)品，檢測(cè)合格的就可以投入使用，這就是通過(guò)再制造而形成的的新產(chǎn)品。

（一）拆解方向推理

在零部件的裝配體系中，配合約束是定位的基本要素，配合約束可以減少零部件得自由度，對(duì)于不同類(lèi)型的約束，它們的自由度也不盡相同，是和產(chǎn)品拆解方向是有密切關(guān)系的。

拆解零件的過(guò)程其實(shí)就是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行解除約束的操作，所以選擇拆解路徑時(shí)，要充分考慮約束的關(guān)系。螺栓的可行拆解方向是以Z軸為正方向，此時(shí)將矢量表示為r（0，0，1）。本文在計(jì)算拆解方向矢量r時(shí)選用了高斯球求交運(yùn)算的方法。首先要觀察所有的配合約束，沒(méi)有被配合約束限制的拆解方向矢量當(dāng)做是高斯球1，和有配合約束的高斯球進(jìn)行交運(yùn)算，取運(yùn)算結(jié)果的交集就是零件的可行性拆解方向[3]。在裝配零件的過(guò)程中，我們定義每一個(gè)零件包含很多個(gè)約束，通過(guò)合并得到一個(gè)交集，表示的自由方向集在所有約束的共同作用下而形成的，同時(shí)這個(gè)集也就是零件的可行拆解方向。

（二）路徑干涉檢測(cè)

通過(guò)推理這些拆解方向，得出的結(jié)果代表的就是拆解方向矢量集，因?yàn)榉较虻臄?shù)量有很多個(gè)，而且并非都可行，所以我們?yōu)榱艘x出真正可行的方向，就要進(jìn)行干涉檢測(cè)。因?yàn)樵诓鸾饬慵臅r(shí)候，規(guī)定將零件的裝配約束角度中的某一個(gè)方向作為自由拆解方向，但是在實(shí)際操作中，選用的方向可能會(huì)有干涉零件，這樣就會(huì)和拆解零件發(fā)生碰撞。所以在沒(méi)有干涉零件的方向，才是可行拆解方向。本文選用的是路徑掃描干涉檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)是否有碰撞，

該算法的基本流程分為四部分。第一部分是確定最小的拆解距離d，這個(gè)最小距離指的是要拆解的零件和產(chǎn)品完全脫離的時(shí)候的最小距離。第二部分就是將拆解方向rd當(dāng)做是法矢量，其和最小拆解距離d形成了投影面，記為Pm；將拆解的零件沿著rd投影到Pm上，此時(shí)產(chǎn)生的投影輪廓記為S。第三部分就是將輪廓S沿著rd的方向矢量rs延長(zhǎng)，就會(huì)形成掃描體Vs。拷貝被拆解零件的模型形成目標(biāo)零件Vd，將其和Vs合并組成共具體Vt。第四部分就是將共具體Vt和產(chǎn)品模型進(jìn)行求交運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果為空，則說(shuō)明被拆解件沿著rd引動(dòng)d的距離不會(huì)出現(xiàn)干涉，否則會(huì)出現(xiàn)干涉。

三、實(shí)例分析

（一）配合約束分析

在一機(jī)械設(shè)備中的飛輪機(jī)構(gòu)，支架a上有三個(gè)配合約束，支架a和芯軸d組成對(duì)中約束M1，和底座b間的平面貼合約束是M2和M3。

在飛輪c上有兩個(gè)配合約束，飛輪c和芯軸d間的對(duì)中約束為M4，兩者之間的平面約束為M5。

（二）拆解方向分析

對(duì)于支架a，如果配合M1進(jìn)行拆解，方向集是DD6，1，移動(dòng)的方向是水平的。配合M2時(shí)，方向集為DD6，2，此時(shí)是左半高斯球；配合M3時(shí)，方向集為DD6，3，為上半高斯球。將這三個(gè)高斯球進(jìn)行求交，就會(huì)得到支架a的拆解方向集DD6為r1（1，0，0）。

飛輪1配合M4時(shí)，水平左右移動(dòng)的高斯球DD1，4就是其拆解的方向；配合M5的時(shí)候，左半高斯球DD1，5代表著方向集。將兩個(gè)高斯球進(jìn)行求交運(yùn)算，可得到飛輪1的拆解方向集是DD1是r2（1，0，0）。

（三）路徑干涉檢測(cè)

根據(jù)方向推理，支架a的拆解方向可能為r1（1，0，0），在可拆解狀態(tài)下，支架a會(huì)沿著r1（1，0，0）的方向延伸，生成工具體，之后進(jìn)行干涉檢測(cè)得出的結(jié)果顯示為“不干涉”，也就是說(shuō)明r1（1，0，0）是支架a的拆解路徑。

同樣在拆解情況下，飛輪1如果按照r2（1，0，0）的方向生成新的工具體，經(jīng)過(guò)干涉檢測(cè)得出的結(jié)果顯示為“干涉”，這就表明會(huì)和支架a發(fā)生干涉，同時(shí)也就說(shuō)明了在此狀態(tài)下，飛輪1是不可拆解零件。

四、結(jié)語(yǔ)

為了解決機(jī)電產(chǎn)品再制造中進(jìn)行自動(dòng)拆解路徑生成的問(wèn)題，提出了基于產(chǎn)品裝配模型中配合約束和模型干涉檢測(cè)的路徑生成方法。在這個(gè)方法中，用高斯球來(lái)表達(dá)待拆解零件上的沒(méi)有被配合約束作用的可拆解方向集，然后再通過(guò)求交運(yùn)算，就可以推斷出零件可行的拆解方向集。算法應(yīng)用的對(duì)象是一維拆解，獲得的方向是零件初始拆解方向。之后對(duì)這些方向集進(jìn)行驗(yàn)證，將被拆解零件分別沿著這些方向生成工具體，通過(guò)工具體來(lái)進(jìn)行干涉檢測(cè)，最終得出可行的拆解方向。利用軟件編程和實(shí)際工程的應(yīng)用我們發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)算法是可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱小童，胡發(fā)煥.機(jī)電設(shè)備再制造的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].裝備制造技術(shù)，2012，（5）：259260.

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[3]賈文藝.煤礦機(jī)電設(shè)備再制造工程在刮板上的應(yīng)用[J].陜西煤炭，2016，35（5）：7881.