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复杂产品中的线缆自动布局设计与装配路径规划技术

刘佳顺  
【摘要】:线缆作为复杂产品的重要组成部分,其布局合理性和装配可靠性直接影响着产品的装配质量。随着航空、航天等复杂产品向光机电一体化、轻量化和精密化方向发展,对柔性线缆的合理布局和可靠装配的要求越来越高。本文针对目前复杂产品研发中存在的布线质量和效率低、生产现场的线缆装配返工和故障率高等问题,以运动规划方法为基础,对线缆自动布局设计和装配路径规划技术展开了研究,旨在为复杂产品的研发提供有效的方法和工具。论文的主要研究工作如下:(1)在分析了复杂产品中线缆布局设计与装配规划问题背景的基础上,对目前有关线缆类柔性体建模、计算机辅助线缆布局设计和线缆装配规划等相关研究成果进行了综述。阐述了线缆自动布局设计与装配规划研究的意义及内容,明确了线缆自动布局设计与装配规划的组成,并总结了相应的关键技术。(2)研究了复杂产品中线缆的数字化建模方法。从产品数字化定义的角度,提出了一种线缆的集成信息模型,该模型以Cosserat弹性杆理论为基础建立了线缆的物理属性模型,用以驱动线缆的几何显示,该模型同时考虑了线缆的拓扑结构信息、逻辑联通信息和零件物料信息等,为线缆自动布局设计与装配规划奠定了模型基础。(3)研究了复杂产品中的线缆自动布局设计技术。以运动规划算法为基础,将线缆自动布局设计问题转化为球形刚体的运动规划问题,并给出了数学描述。提出了基于任意时间RRT算法的线缆自动布局设计方法,该方法通过多次运算求精获得长度优化的线缆初始路径,并提出了一种面向贴壁约束的磁吸算法,以获得满足贴壁约束的线缆路径,最终获得满足约束的线缆布局结果。(4)研究了复杂产品中的线缆装配路径规划技术。将线缆装配路径规划问题看作可变形线性体的运动规划问题。针对该高维度问题,提出一种基于引导路径的降维方法,在该引导路径限定的规划空间内,对规划对象构型进行采样并构建路径图,最终获得从初始位置和最终位置的可行路径。根据不同的实际应用对象,分别针对较短的和较长的线缆类零件提出了相应的装配路径规划方法。(5)基于本文提出的线缆自动布局设计与装配路径规划方法,开发了线缆自动布局设计与装配规划系统。介绍了该系统的开发背景、系统结构、开发环境、模块设计、实现方法等,并利用典型实例对软件系统进行了应用验证。最后,对全文进行了总结,并对本研究方向的进一步工作和未来的研究重点进行了展望和设想。


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