面向智能航行避碰决策与规划的虚拟仿真测试技术研究

研究了面向智能航行避碰决策与规划的虚拟仿真测试技术。介绍了智能航行在货运船舶中的应用需求,分析了当下避碰决策策略、路径规划算法以及避碰决策与规划测试技术的研究现状。面向货运船舶智能航行避碰决策与规划能力,基于避碰规则中的会遇态势划分,结合四元船舶领域和贝塞尔曲线插值理论,提出了一种智能航行避碰决策与规划算法。构建了一种基于虚拟仿真环境的避碰决策与规划算法仿真测试方法,通过AIS(automatic identification system)模拟器模拟目标船的状态数据,结合船载综合导航系统(integrated navigation system,INS)实现了避碰决策与规划算法的测试。通过复杂水域仿真测试验证了所提算法的有效性和可行性,为货运船舶智能航行功能的开发与实践提供了参考。

交互式虚拟装配路径规划及优选方法研究

给出了虚拟装配环境下基于人机交互的装配路径规划方法,根据实际需要提出了针对交互式虚拟装配路径规划方法的装配路径优选算法,优选算法基于虚拟装配路径节点投影,能够有效消除由于虚拟装配环境下触觉缺失而造成的路径抖动以及折返现象。实例验证以及实验结果表明,交互式虚拟装配路径规划及优选方法有效可行,能够满足虚拟装配系统的需要。

面向虚拟装配的复杂产品装配路径规划技术研究

在对虚拟装配中的装配路径规划基本流程进行分析的基础上,指出了虚拟环境下进行装配路径规划的关键技术,并提出了基于有效采样点的装配路径优化方法,虚拟环境下基于几何约束的零件三维空间运动方法,集几何约束自动识别、交互式约束定义和位置约束为一体的混合模式的零部件精确定位方法。相关算法在自主开发的虚拟装配工艺规划软件VAPP中得到实施,并应用到航天产品的装配工艺设计中。

基于力反馈的虚拟示教式机械手臂装配路径规划方法

根据力反馈设备PHANToM和6自由度机械手臂结构的相似性,构建了一个基于PHANToM关节驱动的6自由度虚拟机械手臂模型,为了使该虚拟机械手臂模型具有力反馈的功能,提出了一种基于机器人运动学分析的空间匹配方法。基于该虚拟机械手臂模型,提出了基于力反馈引导的虚拟示教式机械手臂装配路径规划方法,该方法通过人工势场法计算反馈力,操作者可以通过操作力反馈设备PHANToM来控制虚拟机械手臂的运动,在反馈力的引导下结合操作者的经验和决策能力以虚拟示教的方式完成装配路径的粗略规划,使用基于距离准则的单端搜索法和人机交互方式对粗略路径和装配零件的姿态进行优化,最后通过动画的形式模拟机械手臂的装配过程,以供用户对该路径进行评价。

虚拟荔枝果园建模与采摘行为仿真研究

随着5G技术的发展和应用,基于数字孪生技术的虚拟果园成为智慧果园管理的新模式。为此,基于物联网数据信息采集,提出了一种虚拟荔枝果园模型构建及采摘行为仿真平台构建方法。首先,分析了荔枝果园的组成要素,并使用3dmax、SolidWorks等工具进行了单元模型构建,运用面向对象技术搭建了荔枝果园虚拟场景平台。基于虚拟仿真软件Unity3D,综合三维建模软件与脚本代码,搭建了采摘机器人采摘试验平台,实现了采摘机器人路径规划仿真,并研发了虚拟荔枝果园三维全景虚拟漫游系统。通过虚拟实验平台设置不同的采摘场景,仿真分析获取优化的采摘决策,可预测采摘机器人的真实作业性能,降低采收作业成本。

基于人与装配件的虚拟装配路径规划研究

在虚拟装配中,商业软件并没有考虑手对实际装配过程的影响,因而得到的装配路径在实际操作中是否可行存在疑问。将手与要装配的零、部件都作为研究对象,结合逆向运动学和一种适合多自由度的路径规划算法进行路径规划,并编写相应的程序,程序运行结果表明该方法所得到的装配路径更加可行。

客车车架虚拟装配路径规划

以CATIA为平台,进行某商用客车车架的虚拟装配路径规划,并完成装配路径规划干涉检查与仿真,验证了所规划路径的可行性。与传统的装配设计相比,虚拟装配技术满足并行工程的要求,实现产品可装配性的设计,及时发现产品设计中的问题,提高装配质量和装配效率,降低装配成本。

潜艇电机吊装路径规划及虚拟维修仿真分析

目前,产品的维修性分析最普遍的方法是在其物理样机上进行维修作业,然后进行相应的维修性分析。但是,制造产品的物理样机会大大增加研发成本,并会延长研发周期。而虚拟维修仿真技术通过虚拟操作和虚拟维修仿真过程进行维修性分析验证,使设计者及时发现设计上的缺陷并做出调整,克服了制造虚拟样机的缺陷。文章针对潜艇进坞维修时,电机吊装出舱过程进行虚拟仿真,首先对吊装路径进行规划,然后对吊装过程进行虚拟仿真,最后对虚拟仿真过程进行分析,验证了电机吊装路径的可行性。

航天产品虚拟装配工艺仿真技术应用研究

虚拟装配工艺仿真是航天产品三维研制过程中工艺设计的重要辅助手段,文章介绍了全三维研制模式下航天运载产品虚拟装配工艺仿真的主要分析内容,典型应用场景以及虚拟装配工艺仿真的一般工作流程。通过基于产品三维设计模型与制造资源三维模型开展虚拟装配工艺规划,对工艺布局方案和工艺细节进行虚拟仿真分析与设计优化,从而在产品设计和工艺设计阶段消除潜在的缺陷,减少设计的反复,提升航天型号产品的可制造性,缩短研制周期,保障型号产品质量。

虚拟装配中自动路径规划算法的研究

装配动画可以直观地指导装配过程,大幅度提高产品装配设计与生产的效率。该文提出了一种实用的装配动画自动生成方法,改进了三维A*路径搜索算法,对原来的A*算法,在访问每个结点时,先作一次大跨步移出场景包围盒的试探,并对每次邻域搜索的可选解按优、差两种情况处理,以便快速找到较优解。给定待安装组件的三维模型以及装配先后顺序后,该文的方法能够搜索得到各组件安装时的较优路径,然后产生自动装配的动画。实验结果表明,该算法计算简单,较好满足了实际应用的需求。

欠驱动无人艇集群协同编队路径规划仿真

针对欠驱动无人艇集群协同编队路径规划问题,在零空间行为法的基础上引入虚拟结构法,解决了零空间行为法存在的编队稳定性不足的问题。通过将欠驱动无人艇集群编队任务分解成三个优先级不同的子任务,分别求解每个子任务的任务输出函数,最后将所有子任务的任务输出函数进行综合,得到综合的任务输出函数。在MATLAB环境与基于QT Creat环境的无人艇仿真控制平台进行了仿真验证,仿真结果证明,上述算法的有效性与可行性,欠驱动无人艇集群能够达到编队路径规划目的。

虚拟仿真在机器人路径规划及跟踪上的应用

在机器人路径规划和跟踪的优化过程的研究中,路径规划、轨迹跟踪是移动机器人研究的重要内容。过去通常采用理想数学模型进行仿真,而机器人物理属性和路面模型等都不加以考虑,使得算法难以优化路径规划、跟踪的稳定性和精度。运用现代虚拟设计仿真技术,借助动力学软件RecurDyn建立移动机器人实体模型和路面模型,利用Matlab/Simulink设计控制器,构建一个虚拟仿真平台。通过推导,设计出输入输出反馈线性化的运动控制器,并在仿真平台上进行机器人路径规划和轨迹跟踪仿真,控制器效果得以优化验证。虚拟仿真不仅能缩短研发周期,降低研发成本,并为机器人研究设计提供有效依据。

虚拟装配中的工艺规划及仿真技术

装配顺序规划和装配路径规划是装配工艺规划的重要内容 ,装配仿真是依据工序的可装配性对装配工艺规划进行验证 ,以期设计工程师尽早发现设计缺陷 ,减少返工和更改次数 ,使得设计工作成为面向装配的设计 ,实行并行工程。研究虚拟环境下的装配工艺规划技术和装配仿真技术对于虚拟装配技术的研究和开发具有重要意义。

基于深度Q网络的虚拟装配路径规划

针对虚拟装配中自由空间相对狭窄造成的复杂环境通行性问题,提出通过跟踪和反馈的方式学习最优的动作序列决策的模糊贝叶斯-深度Q网络算法。将模糊综合评判法和贝叶斯决策算法结合起来替代深度Q网络中的ε-贪婪算法,有效进行探索与利用,生成最优的动作序列决策,规划待装配体的装配路径。实验结果表明,在狭窄空间中,利用模糊贝叶斯-深度Q网络算法解决虚拟装配的路径规划问题具有较好的通行性和规划效率。

基于CREO的虚拟装配路径规划技术研究

基于CREO三维设计软件,利用Pro/TOOLKIT和MFC编程技术,设计开发出带有干涉检查的虚拟装配路径规划功能模块。在已知装配体数模的基础上,利用矩阵变换技术规划出产品的拆卸过程,设有干涉检查保证整个拆卸过程安全无误,并将拆卸过程反演形成装配动画,指导装配。虚拟装配路径规划技术保证了航天器产品装配过程的安全性,同时能显著提高装配效率。

基于虚拟装配的大型机电设备模块化安装路径规划设计

针对大型钢结构机电设备工程安装过程中存在的问题,分析了大型钢结构设备中的各组成部件的结构特点和装配特征,实现设备模块化封装和组合件的信息建模;采用"大地坐标尺寸法"实现设备安装的基准定位,保证设备的装配精度和吊装安全;设计了基于模块化的大型设备虚拟装配路径,从而可以制定合理、高效的施工计划,达到提高设备安装的效率、质量以及安全性的目的。

数据结构与算法可视化调试虚拟仿真实验系统设计

针对“数据结构与算法”课程存在理论抽象程度高、实践应用案例不足等问题,设计实现了数据结构与算法可视化调试虚拟仿真实验系统——DSAVDVR。该虚拟仿真实验系统将数据结构与算法知识点映射到巡检机器人油气站场巡检工程案例中,包括4个模拟交互操作子任务:基础数据结构与算法、数据结构与油气巡检任务映射、巡检路径规划与评价和巡检目标检测与识别。每个子任务逐层递进且利用可视化调试技术将数据状态变化与算法逻辑进行关联,有利于培养学生的理论学习能力、问题求解能力和探索研究能力,为国内高校面向计算机行业培养实践创新型人才提供了一种新的实践教学模式。

基于Web协同虚拟装配规划的实现

协同虚拟装配是借助于网络对产品进行数字化预装配 ,它是敏捷化设计与制造的基础。本文探讨了虚拟装配的协同机制 ,分析了产品设计过程中相关成员的需求并给出了客户端配置 ,探讨了系统开发工具的特性 ,建立了应用 VRML格式作为数据载体、基于 Web的虚拟装配框架体系。虚拟装配设计模块包括装配路径规划和干涉检查 。

虚拟环境中面向操作工艺规划的装配建模

交互虚拟装配技术已经广泛应用于产品设计和制造过程,然而由于虚拟装配操作和实际操作在时间和空间上不一致,目前的交互虚拟装配技术仍然难以直接支持装配工位上的操作工艺规划。为此提出了一种基于交互装配操作仿真的操作工艺规划方案,该方案建立包含全部装配要素的装配操作模型,基于该模型,通过交互装配操作仿真获取初始操作序列,再基于标准操作动作要素数据库将该操作序列变换成真实操作动作序列。重点研究支持操作动作序列获取的装配活动模型,以及操作仿真过程的模型求解问题。最后以一个发动机装配实例验证了上述方案和装配操作模型。

虚拟现实环境下交互式船舶装配序列规划研究

针对传统装配序列规划方法解空间大、模型简单的问题,提出了应用虚拟现实技术解决船舶装配序列规划问题的方法。该方法分为虚拟拆卸和方案评价两个阶段,分析了虚拟装配平台上进行虚拟拆卸的基本流程和关键技术———虚拟环境下的实体模型表达和基于装配约束的运动导航。建立了船舶装配序列评价模型,确定了零件重量、装配时间、装配稳定性和装配过程难度等面向手工装配的评价指标。最后,用某船舶机舱区域的规划实例进行了验证,结果表明该方法生成的装配序列对实际船舶装配生产具有指导作用。