吳學(xué)毅，文德志

基于多觸點(diǎn)定位和狀態(tài)校驗(yàn)的虛擬裝配技術(shù)

吳學(xué)毅，文德志

（西安理工大學(xué) 印刷包裝與數(shù)字媒體學(xué)院，西安 710048）

提供一種具有通用性的虛擬裝配零部件設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)多位置、多旋轉(zhuǎn)狀態(tài)判定的裝配方式與靈活的裝配序列規(guī)劃。首先使用多個(gè)定位觸點(diǎn)進(jìn)行碰撞檢測來確定零件的位置和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，然后使用二進(jìn)制整數(shù)作為零件狀態(tài)碼表達(dá)零件間的裝配依賴關(guān)系，最后通過二進(jìn)制運(yùn)算表達(dá)式的校驗(yàn)算法限制零件狀態(tài)碼的取值決定零件是否可以裝配，從而達(dá)到裝配序列的約束規(guī)劃。在裝配方式上使得所有零件具有通用的設(shè)計(jì)方案，針對特殊零件只需要設(shè)置特殊定位觸點(diǎn)，在裝配序列規(guī)劃上實(shí)現(xiàn)了多種靈活的裝配順序設(shè)計(jì)，裝配邏輯關(guān)系表達(dá)更加清晰。通過多觸點(diǎn)定位和狀態(tài)校驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)具有很好通用性和擴(kuò)展性的虛擬裝配技術(shù)。

多觸點(diǎn)定位；狀態(tài)校驗(yàn)；碰撞檢測；虛擬裝配

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的誕生，虛擬裝配技術(shù)逐漸成為工業(yè)制造領(lǐng)域一個(gè)不可或缺的部分。

有研究表明，虛擬訓(xùn)練和真實(shí)訓(xùn)練沒有太大的顯著差異，可以減少對教學(xué)資源的嚴(yán)重依賴，最終降低實(shí)際裝配過程中由于經(jīng)驗(yàn)不足而造成的安全隱患[1]。虛擬裝配是將現(xiàn)實(shí)裝配過程在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬仿真，利用計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過建模仿真來實(shí)現(xiàn)裝配過程[2],是虛擬設(shè)計(jì)與制造的一個(gè)組成部分[3]。迄今為止，虛擬裝配技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，以VRP為基礎(chǔ)的許多虛擬裝配仿真系統(tǒng)[4—5]都實(shí)現(xiàn)了通過鼠標(biāo)、鍵盤操作在虛擬場景中漫游及控制裝配流程動(dòng)畫的播放[6—7]，通過與CAD等專業(yè)機(jī)械建模軟件結(jié)合[8—11]制作高精度的零件模型，最終在計(jì)算機(jī)上演示裝配過程，也可以結(jié)合不同的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)半沉浸式的虛擬裝配系統(tǒng)[12]，但大多數(shù)在交互方式上沉浸感較低。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的發(fā)展，交互方式也更為逼真、多樣。以Kinect體感交互為基礎(chǔ)的虛擬裝配系統(tǒng)[13—16]通過手勢識(shí)別進(jìn)行零部件的裝配操作，而以HTC Vive設(shè)備為基礎(chǔ)的虛擬裝配系統(tǒng)[17—18]則通過手柄交互方式對零、部件進(jìn)行抓取實(shí)現(xiàn)裝配操作，具有較高的沉浸感。對于零件定位都采用簡單的碰撞檢測方式，在裝配序列規(guī)劃上都采用類似邏輯表的結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)，不具有良好的擴(kuò)展性和對裝配約束關(guān)系描述的靈活性，對于復(fù)雜的虛擬裝配系統(tǒng)不適用。

文中提出一種具有高擴(kuò)展性和靈活裝配約束關(guān)系描述的虛擬裝配技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)高度沉浸感的虛擬裝配系統(tǒng)過程中可以通過該技術(shù)設(shè)計(jì)所有零部件特有的裝配方式，并且在復(fù)雜的虛擬裝配系統(tǒng)中占用資源較少，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的裝配序列描述，對于批量生產(chǎn)的零件（如齒輪）和對稱特征的零件也都具有特殊的處理方式。

1 基于多點(diǎn)定位和狀態(tài)校驗(yàn)的虛擬裝配技術(shù)設(shè)計(jì)

文種采用插頭和插孔的抽象方式來表達(dá)零件的裝配關(guān)系，通過多觸點(diǎn)進(jìn)行零件定位，并用狀態(tài)碼來實(shí)現(xiàn)裝配邏輯的過程表達(dá)。

1.1 裝配插頭和裝配插孔

在虛擬裝配過程中，許多零件與其對應(yīng)的裝配位置間存在平移和旋轉(zhuǎn)關(guān)系，因此可借鑒日常生活中插頭和插孔的安裝關(guān)系，將零件抽象為插頭，而將裝配位置抽象為插孔，見圖1。觸點(diǎn)存儲(chǔ)安裝定位的局部坐標(biāo)點(diǎn)，每個(gè)插頭可以存在多個(gè)觸點(diǎn)，通過多個(gè)定位觸點(diǎn)在空間上相對位置的組合可以表達(dá)零件所具有的特殊裝配關(guān)系信息，如對稱軸、對稱面等。裝配位置是插頭的復(fù)制，在裝配過程中只需要判斷零件的所有觸點(diǎn)是否與裝配位置的觸點(diǎn)發(fā)生碰撞。而具有對稱特性的零件也可以使用對稱特性的觸點(diǎn)，這樣在零件進(jìn)行裝配操作時(shí)，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的判斷也更加靈活。

1.2 零件與裝配位置的配合

在虛擬裝配過程中需要確定一個(gè)零件是否裝配在正確的位置上，對于具有對稱特性的零件，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)唯一，判斷過程會(huì)十分復(fù)雜。文中提出一種多觸點(diǎn)定位的裝配約束關(guān)系描述方法，使用多個(gè)定位觸點(diǎn)用于確定零件的三維空間位置和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)描述。定位觸點(diǎn)是零件局部坐標(biāo)系下的一個(gè)固定點(diǎn)，會(huì)跟隨零件移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)而發(fā)生位置改變。裝配位置具有與零件一一對應(yīng)的定位觸點(diǎn)信息（觸點(diǎn)數(shù)量和局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)值），還具有零件裝配后的位移和旋轉(zhuǎn)信息，通過這些信息可以確定裝配位置的定位觸點(diǎn)的世界坐標(biāo)。在裝配過程中，只需要確定零件所有定位觸點(diǎn)與裝配位置定位觸點(diǎn)是否發(fā)生碰撞，即可確定零件是否到達(dá)了正確的裝配位置上。零件與裝配位置之間的聯(lián)系見圖2。

圖1 裝配插頭與裝配插孔

圖2 零件與裝配位置的聯(lián)系

在圖2中零件具有2個(gè)原點(diǎn)對稱的定位觸點(diǎn)，表示零件是一個(gè)軸對稱類型的零件，此時(shí)零件在對稱軸方向上任意角度旋轉(zhuǎn)都不會(huì)改變定位觸點(diǎn)的位置，不會(huì)影響最終的定位判斷。并且在與裝配位置的定位觸點(diǎn)配合時(shí)，定位觸點(diǎn)的對應(yīng)方式可以有2種情況（實(shí)線、虛線2種箭頭），此時(shí)零件在對稱軸方向上還具有對稱特性，齒輪和圓軸類型零件就具有這種形狀特征。

在裝配過程中，可以使用碰撞檢測判斷零件定位觸點(diǎn)是否與裝配位置定位觸點(diǎn)的世界坐標(biāo)位置在一定差值范圍內(nèi)。當(dāng)零件所有定位觸點(diǎn)與同一裝配位置的定位觸點(diǎn)發(fā)生碰撞且其差值均在指定范圍內(nèi)時(shí)，表示該零件放置在指定的裝配位置上。為了表達(dá)更為復(fù)雜的零件形狀，定位觸點(diǎn)的數(shù)量會(huì)不斷增加，而每個(gè)點(diǎn)都需要進(jìn)行碰撞檢測，對系統(tǒng)性能的需求也會(huì)提高，因此可以為定位觸點(diǎn)添加一個(gè)用于區(qū)分對應(yīng)裝配關(guān)系的信息，即顏色信息，減少匹配定位觸點(diǎn)的數(shù)量。在零件與裝配位置進(jìn)行配合時(shí)，只允許相同顏色的定位觸點(diǎn)發(fā)生碰撞檢測。

1.3 零件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與裝配位置狀態(tài)碼

零件需要記錄定位觸點(diǎn)的信息以及裝配位置的信息，在現(xiàn)實(shí)裝配過程中，會(huì)有許多的批量生產(chǎn)的零件（如齒輪、螺絲、螺母等），這些零件在虛擬裝配系統(tǒng)中可以裝配在多個(gè)位置上，因此對于同類型零件可以使用相同的定位觸點(diǎn)信息和一個(gè)裝配位置表（該表記錄了該零件所有允許的裝配位置）。在裝配過程中只考慮零件的所有定位觸點(diǎn)在碰撞檢測時(shí)（為了提高系統(tǒng)性能，碰撞檢測只會(huì)在該零件移動(dòng)過程中計(jì)算）是否與裝配位置表中的任意一個(gè)裝配位置所有的定位觸點(diǎn)發(fā)生碰撞，零件便可以裝配在裝配位置表中的任意一個(gè)位置。該方法有效地減少了對系統(tǒng)計(jì)算資源的需求。

在裝配位置表中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)記錄了一個(gè)裝配位置，存儲(chǔ)該裝配位置的坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)值。同時(shí)使用裝配動(dòng)作表存儲(chǔ)在該裝配位置進(jìn)行裝配操作需要完成的裝配動(dòng)作。虛擬裝配系統(tǒng)中對于裝配先后順序的規(guī)劃通常采用預(yù)先設(shè)定的裝配順序表來控制零件的裝配順序，但在復(fù)雜的裝配情況下會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)量過于龐大。文中提出一種基于狀態(tài)校驗(yàn)的算法來表達(dá)裝配邏輯關(guān)系，使用一個(gè)整數(shù)作為零件的狀態(tài)碼表示此時(shí)零件的狀態(tài)，通過特定的校驗(yàn)算法判斷該裝配位置是否可以裝配零件，可以則激活該裝配位置，否則禁用該裝配位置。零件與裝配位置的裝配關(guān)系描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見圖3。

在圖4中裝配位置的校驗(yàn)?zāi)K實(shí)現(xiàn)了零件間裝配先后順序的邏輯關(guān)系表達(dá)。一個(gè)裝配位置在判斷是否可以裝配零件時(shí)，需要先根據(jù)其他裝配位置是否裝配了零件來確定。文中用1和0表示一個(gè)裝配位置是否裝配了零件，而對于多個(gè)裝配位置是否裝配了零件可以使用1和0的組合（即二進(jìn)制整數(shù)，表達(dá)了if-else的組合關(guān)系）表示，因此裝配位置的狀態(tài)碼表示的是當(dāng)前裝配位置需要進(jìn)行的邏輯判斷條件中存在關(guān)聯(lián)的其他裝配位置的裝配狀態(tài)（是否裝配零件）的組合，通過對該值進(jìn)行判斷可以計(jì)算出該裝配位置是否符合可以裝配零件的條件，從而激活或禁用該裝配位置。

圖3 零件與裝配位置的裝配關(guān)系描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖4 裝配位置狀態(tài)碼校驗(yàn)過程

在圖4中，裝配位置P需要在裝配位置A，B，C都已經(jīng)匹配了零件觸點(diǎn)情況才可以進(jìn)行零件的裝配。將裝配位置P的狀態(tài)碼的3位分別與裝配位置A，B，C一一對應(yīng)，當(dāng)A，B，C分別裝配了零件時(shí)，P的狀態(tài)碼都會(huì)發(fā)生一次變化，通過校驗(yàn)算法與P狀態(tài)碼的值判斷裝配位置P是否可以進(jìn)行零件的裝配。

1.4 校驗(yàn)算法與狀態(tài)碼位綁定

在圖4中校驗(yàn)算法可以是直接對狀態(tài)碼的值進(jìn)行判斷，當(dāng)值等于7（即111，表示ABC都裝配了零件）時(shí)，裝配位置P即可裝配零件。當(dāng)出現(xiàn)更為復(fù)雜的情況時(shí)，裝配位置P符合條件的狀態(tài)碼的值可能不唯一，文中使用表達(dá)式來限制狀態(tài)碼的取值，該表達(dá)式稱為校驗(yàn)表達(dá)式，由5部分組成，見圖5。

圖5 校驗(yàn)表達(dá)式的組成

1）狀態(tài)碼。代入表達(dá)式的裝配位置的狀態(tài)碼值。

2）運(yùn)算符。表達(dá)式的運(yùn)算符號(hào)，可以是位與（&），位或（|）等。

3）運(yùn)算數(shù)。用于表達(dá)式計(jì)算的二進(jìn)制數(shù)。

4）判斷符。表達(dá)式左邊與右邊的判斷方式，可以是等于（=）和不等于（!=）。

5）運(yùn)算結(jié)果。表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果。

當(dāng)裝配位置狀態(tài)碼的值代入表達(dá)式中使得表達(dá)式成立，則表示該裝配位置的狀態(tài)碼滿足零件裝配的條件，可以裝配零件，可激活該裝配位置，反之亦然。例如，校驗(yàn)表達(dá)式為：X|100=111（X為狀態(tài)碼），當(dāng)裝配位置的狀態(tài)碼值是 011（3）或111（7）時(shí)，則激活該裝配位置，否則禁用。

裝配位置狀態(tài)碼的每位允許綁定一個(gè)或多個(gè)裝配位置，在程序中無法實(shí)時(shí)對狀態(tài)碼進(jìn)行校驗(yàn)，則可利用事件委托機(jī)制（或設(shè)計(jì)模式中的觀察者模式）實(shí)現(xiàn)裝配位置在裝配零件狀態(tài)發(fā)生改變后自動(dòng)通知對其綁定的狀態(tài)位置更新。首先裝配位置需要存儲(chǔ)狀態(tài)碼每一位所綁定的裝配位置（存儲(chǔ)在圖4中裝配位置的校驗(yàn)?zāi)K中），使用字典嵌套的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)便可以表示，也可以方便快速查詢。

在該字典嵌套結(jié)構(gòu)中，零件對象指向圖4的零件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，而索引表示綁定的裝配位置在零件對象的裝配位置表中的索引值，而位所代表的是該裝配位置需要與當(dāng)前裝配位置的狀態(tài)碼的哪一位進(jìn)行綁定，見圖6。當(dāng)該裝配位置裝配零件時(shí)，當(dāng)前裝配位置的狀態(tài)碼的對應(yīng)位會(huì)變成1，狀態(tài)碼的值也會(huì)發(fā)生改變，再進(jìn)行狀態(tài)碼的校驗(yàn)運(yùn)算去激活或禁用當(dāng)前裝配位置。裝配位置裝配零件時(shí)，會(huì)調(diào)用委托函數(shù)，通知它所綁定的所有裝配位置，收到通知的裝配位置會(huì)在狀態(tài)碼位的綁定表中查找需要改變的位，最終改變狀態(tài)碼的值并進(jìn)行校驗(yàn)，具體過程見圖7。

當(dāng)裝配位置A進(jìn)行零件裝配時(shí)，可以獲取欲裝配的零件對象，并且得到欲裝配零件裝配位置在該零件的裝配位置表中的索引值，再調(diào)用該裝配位置的委托列表中的所有函數(shù)（即所有狀態(tài)碼某一位與該裝配位置存在綁定關(guān)系的裝配位置），在函數(shù)中會(huì)查詢裝配位置B的狀態(tài)碼位的綁定表，將該位的值修改為1，狀態(tài)碼發(fā)生改變，校驗(yàn)狀態(tài)碼隨后啟用或禁用裝配位置B。

通過以上方法，克服了其他裝配方法需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的或特殊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)描述復(fù)雜、特殊、多樣的裝配邏輯和裝配關(guān)系的需求，可以實(shí)現(xiàn)通用、多樣、復(fù)雜的裝配序列規(guī)劃設(shè)計(jì)，從而減少了對系統(tǒng)資源的占用，在性能上也無需太大的計(jì)算量，在虛擬裝配過程中可以實(shí)現(xiàn)更為真實(shí)的裝配流程設(shè)計(jì)。

圖6 狀態(tài)碼位的綁定

圖7 裝配事件委托調(diào)用過程

2 虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的多點(diǎn)定位和狀態(tài)校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)

文中在Unity3D平臺(tái)結(jié)合C#語言、HTC Vive設(shè)備以及SteamVR插件，以印刷機(jī)收紙子系統(tǒng)為對象，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了印刷機(jī)收紙子系統(tǒng)的虛擬裝配過程。該系統(tǒng)使用手柄抓取零件進(jìn)行裝配，利用球形碰撞器實(shí)現(xiàn)定位觸點(diǎn)的碰撞檢測，所實(shí)現(xiàn)的虛擬裝配過程見圖8—9。

圖8 齒輪裝配過程

圖9 擋板軸裝配過程

在零件裝配方式上，一個(gè)齒輪可以裝配在任意一個(gè)裝配位置，軸類型零件也可以任意翻轉(zhuǎn)；在裝配序列規(guī)劃上可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的裝配順序檢測，可以裝配的裝配位置都會(huì)以綠色模型顯示在場景中，每個(gè)零件裝配完成后都會(huì)發(fā)生狀態(tài)改變。

在該系統(tǒng)上完整實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)定位和狀態(tài)校驗(yàn)的虛擬裝配技術(shù)，并對該技術(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法進(jìn)行了封裝，系統(tǒng)所占用的資源不多，代碼可以移植到任意虛擬裝配系統(tǒng)項(xiàng)目中，對于印刷機(jī)的其他子系統(tǒng)可以套用該方法進(jìn)行裝配過程設(shè)計(jì)，而不用修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。

3 結(jié)語

虛擬裝配技術(shù)可以為工業(yè)生產(chǎn)中的裝配培訓(xùn)提供低成本且高效的教學(xué)方案，使用多觸點(diǎn)定位和狀態(tài)校驗(yàn)技術(shù)設(shè)計(jì)虛擬裝配系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的裝配操作設(shè)計(jì)，如螺絲可以裝配在任意一個(gè)螺母孔上。并且在裝配序列規(guī)劃上可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的裝配順序，只需設(shè)計(jì)裝配位置間的邏輯判斷方式，在大型機(jī)械裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中具有很強(qiáng)的拓展能力，可以劃分模塊設(shè)計(jì)，修改也十分方便。所有的零件具有相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，代碼也無需重新設(shè)計(jì)，開發(fā)也將變得更為簡單便捷，具有良好的通用性。

[1] STEVEN H, ARNO C, HENDRIK V L, et al. The Evaluation of an Elementary Virtual Training System for Manual Assembly[J]. Taylor & Francis, 2017, 55(24): 7496-7508.

[2] 張海云, 楊振宇, 趙國勇, 等. 基于VR的機(jī)床虛擬裝配實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)[J]. 智庫時(shí)代, 2018(47): 295-296.

ZHANG Hai-yun, YANG Zhen-yu, ZHAO Guo-yong, et al. Development of Virtual Assembly Experiment Platform for Machine Tools based on VR[J]. Think Tank Era, 2018(47): 295-296.

[3] ZHAO Jun-hua. Study on the Application of the Virtual Technology in the Mechanical Assembly Process[C]// Proceedings of 2015 3rd International Conference on Mechanical Engineering and Intelligent Systems(ICMEIS 2015), 2015: 37-40.

[4] 何榮華, 薛繁旺, 陳冠峰. 基于VRP的客車在線模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué), 2016, 19(4): 75-77.

HE Rong-hua, XUE Fan-wang, CHEN Guan-feng. Design and Application of a Passenger Car Online Simulation System based on VRP[J]. Laboratory Science, 2016, 19(4): 75-77

[5] 張潞, 司占軍. J2205膠印機(jī)印刷結(jié)構(gòu)虛擬裝配平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 包裝工程, 2015, 36(21): 142-146.

ZHANG Lu, SI Zhan-jun. Design and Implementation of Virtual Assembly Platform for Printing Structure of J2205 Offset Press[J]. Packaging Engineering, 2015, 36(21): 142-146.

[6] 虞臣超. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在船體裝配中的應(yīng)用研究[D]. 廈門: 集美大學(xué), 2014: 7-15.

YU Chen-chao. Research on the Application of Virtual Reality Technology in Ship Hull Assembly[D]. Xiamen: JiMei University, 2014: 7-15.

[7] 劉陽. 船舶管路虛擬裝配及漫游系統(tǒng)研發(fā)[D]. 廈門: 集美大學(xué), 2014: 17-23.

LIU Yang. Research and Development of Ship Pipeline Virtual Assembly and Roaming System[D]. Xiamen: JiMei University, 2014: 17-23.

[8] 李煜, 司占軍. 基于VR-Platform的數(shù)碼印刷機(jī)虛擬裝配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù), 2013, 9(33): 7599-7603.

LI Yu, SI Zhan-jun. Design and Implementation of Virtual Assembly System of Digital Printing Press based on VR-Platform[J]. Computer Knowledge and Technology, 2013, 9(33): 7599-7603.

[9] 杜棋東, 林楚燕. 機(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架虛擬仿真系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)[J]. 南方職業(yè)教育學(xué)刊, 2013, 3(6): 1-4.

DU Qi-dong, LIN Chu-yan. Key Technologies and Realization of Virtual Simulation System for Locomotive and Rolling Stock Bogies[J]. Journal of Southern Vocational Education, 2013, 3(6): 1-4.

[10] 袁云東. XPS板材生產(chǎn)線虛擬裝配平臺(tái)的研發(fā)[D]. 邯鄲: 河北工程大學(xué), 2014: 8-17.

YUAN Yun-dong. Research and Development of Virtual Assembly Platform for XPS Sheet Production Line[D]. Handan: Hebei University of Engineering, 2014: 8-17.

[11] 李煜. 數(shù)碼印刷機(jī)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 天津: 天津科技大學(xué), 2014: 15-27.

LI Yu. Design and implementation of Digital Printing Press Simulation System[D]. Tianjin: Tianjin University of Science and Technology, 2014: 15-27.

[12] ALI A, AL-AHMARI ABDULRAHMAN M, MUHAMMAD U A. Virtual Assembly of an Airplane Turbine Engine[J]. IFAC Papers On Line, 2015, 48(3): 1726-1731.

[13] 謝振清. 基于Unity3D的虛擬裝配技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2018: 13-39.

XIE Zhen-qing. Research and Implementation of Virtual Assembly Technology Based on Unity3D[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2018: 13-39.

[14] 李亞東, 孫會(huì)來. 基于Unity3D的沉浸式機(jī)械手表虛擬仿真系統(tǒng)研究[J]. 佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 2020, 36(3): 177-179.

LI Ya-dong, SUN Hui-lai. Research on the Virtual Simulation System of Immersive Mechanical Watch Based on Unity3D[J]. Journal of Jiamusi Vocational College, 2020, 36(3): 177-179.

[15] 徐敏, 姚年春. 基于Kinect的裝配仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J]. 無線互聯(lián)科技, 2017(18): 67-68.

XU Min, YAO Nian-chun. Design and Development of Assembly Simulation System Based on Kinect[J]. Wireless Internet Technology, 2017(18): 67-68.

[16] 張青, 徐宇杰, 郭慶, 等. 體感交互技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬裝配實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2016, 33(2): 100-105.

ZHANG Qing, XU Yu-jie, GUO Qing, et al. Application of Somatosensory Interaction Technology in Aero-Engine Virtual Assembly Experiment[J]. Experimental Technology and Management, 2016, 33(2): 100-105.

[17] 孔偉晶, 王鴻偉, 王榮海. 基于Unity的模型虛擬裝配系統(tǒng)研究[J]. 軟件工程, 2018, 21(8): 26-29.

KONG Wei-jing, WANG Hong-wei, WANG Rong-hai. Research on Model Virtual Assembly System Based on Unity[J]. Software Engineering, 2018, 21(8): 26-29.

[18] 董浩文. 基于Unity3D引擎秦始皇帝陵出土青銅馬車虛擬裝配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 天津: 天津大學(xué), 2018: 23-28.

DONG Hao-wen. Design and Implementation of a Virtual Assembly System for the Bronze Carriage Unearthed from the Mausoleum of Emperor Qin Shihuang based on Unity3D Engine[D]. Tianjin: Tianjin University, 2018: 23-28.

Virtual Assembly Technology Based on Multi-Point Positioning and Status Verification

WU Xue-yi, WEN De-zhi

(Faculty of Printing, Packaging Engineering and Digital Media Technology, Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China)

The work aims to provide a general design method for virtual assembly parts, so as to realize the assembly method of multi-position and multi-rotation state determination and flexible assembly sequence planning. Firstly, multiple positioning points were used for collision detection to determine the position and rotation status of the part, then the binary integer was adopted as the part status code to express the assembly dependency between the parts, and finally the verification algorithm of the binary operation expression was applied to limit the value of the part status code to determine whether the parts could be assembled, thus achieving the planning of assembly sequence. The assembly method made all parts have a general design scheme. For special parts, only special positioning points were required to be set. In the assembly sequence planning, a variety of flexible assembly sequence designs were achieved, and the assembly logic relationship was more clearly expressed. Through multi-point positioning and status verification, a highly versatile and extensible virtual assembly technology can be realized.

multi-point positioning; status verification; collision detection; virtual assembly

TP39

A

1001-3563(2022)01-0253-06

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.01.032

2021-05-18

吳學(xué)毅（1966—），男，碩士，西安理工大學(xué)副教授，主要研究方向?yàn)閳D形智能化處理與XR。