一種虛擬裝配中基于公差約束的碰撞檢測方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)為了更好的仿真零部件的裝配過程，給出了一種基于公差約束的碰撞檢測方法及響應(yīng)策略。首先給出了虛擬零部件的層次模型表達(dá)構(gòu)建方法；其次提出了基于體分解的空間層次包圍體表達(dá)方法，給出了壓縮包圍體冗余空間的算法；再次給出碰撞穿透深度的計(jì)算方法，通過比對最大穿透深度值與零部件間公差范圍，產(chǎn)生不同的碰撞響應(yīng)策略；第四以孔-軸裝配為例，給出了虛擬空間中未受約束與受約束零部件的裝配方程；最后通過仿真給出了孔-軸零部件之間的裝配過程。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)為了更好的仿真零部件的裝配過程，給出了一種基于公差約束的碰撞檢測方法及響應(yīng)策略。首先給出了虛擬零部件的層次模型表達(dá)構(gòu)建方法；其次提出了基于體分解的空間層次包圍體表達(dá)方法，給出了壓縮包圍體冗余空間的算法；再次給出碰撞穿透深度的計(jì)算方法，通過比對最大穿透深度值與零部件間公差范圍，產(chǎn)生不同的碰撞響應(yīng)策略；第四以孔-軸裝配為例，給出了虛擬空間中未受約束與受約束零部件的裝配方程；最后通過仿真給出了孔-軸零部件之間的裝配過程。【專利說明】
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為了更好的仿真零部件的裝配過程，給出了一種基于公差約束的碰撞檢測方法及響應(yīng)策略。首先給出了虛擬零部件的層次模型表達(dá)構(gòu)建方法；其次提出了基于體分解的空間層次包圍體表達(dá)方法，給出了壓縮包圍體冗余空間的算法；再次給出碰撞穿透深度的計(jì)算方法，通過比對最大穿透深度值與零部件間公差范圍，產(chǎn)生不同的碰撞響應(yīng)策略；第四以孔-軸裝配為例，給出了虛擬空間中未受約束與受約束零部件的裝配方程；最后通過仿真給出了孔-軸零部件之間的裝配過程。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)的技術(shù)方案是: 在虛擬裝配系統(tǒng)中如何既能快速有效的判斷零部件的碰撞檢測發(fā)生，又能及時(shí)鑒別所發(fā)生的碰撞是否在公差允許的范圍內(nèi)成為系統(tǒng)高效仿真的關(guān)鍵技術(shù)問題。本專利技術(shù)提出一種基于體分解的包圍體層次方法，可以快速高效的判斷零部件之間的碰撞檢測，并給出了一種新的計(jì)算穿透深度的方法，當(dāng)零部件發(fā)生碰撞時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確的計(jì)算方向穿透深度。通過判斷發(fā)生碰撞的零部件能否構(gòu)建裝配對，進(jìn)行不同的響應(yīng)策略:對于無法構(gòu)建裝配對的零部件之間，直接進(jìn)行碰撞響應(yīng)；對于可以構(gòu)建裝配對的零部件之間進(jìn)行穿透深度的計(jì)算，并進(jìn)行最大穿透深度與公差范圍的比對，對在公差范圍內(nèi)的碰撞并不進(jìn)行碰撞響應(yīng)，但對發(fā)生超出公差范圍的碰撞，進(jìn)行碰撞響應(yīng)。通過調(diào)整零部件的位姿關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)基于公差約束的裝配。圖1給出了帶公差信息的虛擬裝配系統(tǒng)整體流程。I虛擬零部件模型表達(dá) 裝配特征信息主要包括零部件之間相互配合有關(guān)的特征信息，如點(diǎn)與面、線與面以及面與面等特征；工程語義信息主要包括零部件的基本尺寸信息和公差信息；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息是指組成當(dāng)前零部件的幾何層次結(jié)構(gòu)，虛擬零部件的模型層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。在實(shí)際的虛擬裝配環(huán)境中，為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，僅使用三角面片信息進(jìn)行碰撞檢測，其他層次信息并不導(dǎo)入到虛擬環(huán)境中。當(dāng)發(fā)生零部件之間的碰撞干涉時(shí)，會根據(jù)模型表達(dá)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由三角面片信息索引幾何面片，進(jìn)而檢索零部件的特征信息，并將該層次中的其他信息反饋給系統(tǒng)進(jìn)一步計(jì)算。2構(gòu)建基于體分解的空間包圍體層次 基于體分解的空間包圍體構(gòu)建采用自頂向下的方法，考慮到平衡二叉樹在層次結(jié)構(gòu)的表達(dá)最簡，遍歷效率最優(yōu)，因此將零部件的多面體表面及其內(nèi)部空間組織成一棵平衡二叉樹。具體步驟如下: 1)生成根節(jié)點(diǎn)。設(shè)存在任意形狀的零部件模型，在世界坐標(biāo)系(x，Y，z)下，沿模型方向構(gòu)建方向包圍體，該包圍體在其局部坐標(biāo)系(Vx，Vy，Vz)實(shí)際上是AABB包圍體，將其作為樹的根節(jié)點(diǎn)； 2)切分空間。選取父包圍體中最長邊上的任一點(diǎn)，過該點(diǎn)作垂直于最長邊線的平面，將原包圍體切分為兩個(gè)子包圍體，分別作為平衡二叉樹的左右子樹； 3)壓縮包圍體空間。由于切分點(diǎn)為任意選取，所以由切分平面所切的包圍體內(nèi)必定不能完全包圍所有模型的三角面片，即存在游離的三角面片的頂點(diǎn)和邊線，因此需要調(diào)整切分包圍體的邊界，使其包圍游離的頂點(diǎn)和邊線，這樣從微觀上雖然增加了當(dāng)前包圍體的空間，但從宏觀上卻是壓縮了原始包圍體的冗余空間； 4)遞歸構(gòu)建平衡二叉樹。遞歸執(zhí)行步驟I) _3)，生成子節(jié)點(diǎn)，并對包圍體進(jìn)行切分和壓縮，直到葉子節(jié)點(diǎn)中包含的三角面片個(gè)數(shù)小于預(yù)先設(shè)定的閾值或所得的空間包圍體內(nèi)的三角面片個(gè)數(shù)與其父節(jié)點(diǎn)內(nèi)的個(gè)數(shù)比不超過2%為止。3包圍體空間壓縮算法 算法如下:EBV=BVS;for (i=l;i<=6;i++){ if(vs n MS= Φ) //VS與MS沒有交集意味著VS為冗余空間；EBV= EBV ? VS;else switch (i){CASEl:VSl.Y—maxVS= Y—maxMS;break;CASE2:VS2.Y—minVS= Y—minMS;break;CASE3:VS3.X—minVS= X—minMS;break;CASE4:VS4.X_maxVS= X—maxMS;break;CASE5:VS5.Z_maxVS= Z—maxMS;break;CASE6:VS6.Z—minVS=Z—minMS;break;}EBV= EBV U VS;} 與現(xiàn)有技術(shù)相比， 本專利技術(shù)的有益效果是: I)、本專利技術(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在裝配的碰撞檢測過程中引入公差約束信息，可以增進(jìn)裝配仿真的真實(shí)感，提高裝配效率。2)、虛擬裝配是實(shí)際裝配在虛擬環(huán)境中的高度仿真，在數(shù)字機(jī)械制造領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。在虛擬環(huán)境中，實(shí)時(shí)、高效、真實(shí)的仿真出模型零部件的裝配過程是虛擬裝配技術(shù)追求的目標(biāo)。本文根據(jù)真實(shí)裝配零部件存在公差信息這一事實(shí)，提出了一種新的快速檢測零部件碰撞的方法。3)、通過比對計(jì)算得到的碰撞深度信息與零部件的公差范圍，對零部件在裝配過程中的碰撞采取不同的響應(yīng)策略，并通過零部件之間的約束信息實(shí)現(xiàn)了最終的裝配。實(shí)踐證明，該方法能夠較好地仿真零部件的裝配過程，這為虛擬裝配技術(shù)的研究提供了一個(gè)新的思路。【權(quán)利要求】1.包含以下幾個(gè)部分: 在虛擬裝配系統(tǒng)中如何既能快速有效的判斷零部件的碰撞檢測發(fā)生，又能及時(shí)鑒別所發(fā)生的碰撞是否在公差允許的范圍內(nèi)成為系統(tǒng)高效仿真的關(guān)鍵技術(shù)問題；本專利技術(shù)提出一種基于體分解的包圍體層次方法，可以快速高效的判斷零部件之間的碰撞檢測，并給出了一種新的計(jì)算穿透深度的方法，當(dāng)零部件發(fā)生碰撞時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確的計(jì)算方向穿透深度；通過判斷發(fā)生碰撞的零部件能否構(gòu)建裝配對，進(jìn)行不同的響應(yīng)策略:對于無法構(gòu)建裝配對的零部件之間，直接進(jìn)行碰撞響應(yīng)；對于可以構(gòu)建裝配對的零部件之間進(jìn)行穿透深度的計(jì)算，并進(jìn)行最大穿透深度與公差范圍的比對，對在公差范圍內(nèi)的碰撞并不進(jìn)行碰撞響應(yīng)，但對發(fā)生超出公差范圍的碰撞，進(jìn)行碰撞響應(yīng)；通過調(diào)整零部件的位姿關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)基于公差約束的裝配。【文檔編號】G06F17/50GK103678777SQ201310589278【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日 【專利技術(shù)者】劉雨 申請人:大連海聯(lián)自動控制有限公司本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種虛擬裝配中基于公差約束的碰撞檢測方法包含以下幾個(gè)部分：在虛擬裝配系統(tǒng)中如何既能快速有效的判斷零部件的碰撞檢測發(fā)生，又能及時(shí)鑒別所發(fā)生的碰撞是否在公差允許的范圍內(nèi)成為系統(tǒng)高效仿真的關(guān)鍵技術(shù)問題；本專利技術(shù)提出一種基于體分解的包圍體層次方法，可以快速高效的判斷零部件之間的碰撞檢測，并給出了一種新的計(jì)算穿透深度的方法，當(dāng)零部件發(fā)生碰撞時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確的計(jì)算方向穿透深度；通過判斷發(fā)生碰撞的零部件能否構(gòu)建裝配對，進(jìn)行不同的響應(yīng)策略：對于無法構(gòu)建裝配對的零部件之間，直接進(jìn)行碰撞響應(yīng)；對于可以構(gòu)建裝配對的零部件之間進(jìn)行穿透深度的計(jì)算，并進(jìn)行最大穿透深度與公差范圍的比對，對在公差范圍內(nèi)的碰撞并不進(jìn)行碰撞響應(yīng)，但對發(fā)生超出公差范圍的碰撞，進(jìn)行碰撞響應(yīng)；通過調(diào)整零部件的位姿關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)基于公差約束的裝配。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉雨，
申請(專利權(quán))人：大連海聯(lián)自動控制有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21