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创新机械运动方案拼装虚拟实验平台研究与开发

邓逸辰  
【摘要】:机械学科实验教学是机械专业教学的重要内容,机械专业教学要求学生在学习相关课程的基本理论的同时,还必须具备实际操作能力和创新性,而实验教学是锻炼及培养学生综合素质的有效方法。然而,传统的实物实验教学已经不能满足当前实验教学的需求,难以激发学生在机械课程学习中的兴趣。对机械学科虚拟实验平台的研究为解决上述问题提供了一条有效途径。 机械运动方案拼装实验是机械学科实验教学的重要组成部分,目的在于加深学生对于机械机构运动原理的理解。现有的机械运动方案拼装虚拟实验普遍存在着实验机构固定,往往针对教学的个例,且运动仿真功能单一等局限性。对虚拟环境下实现机械机构自由拼装,以及快速进行机构运动仿真的方法进行研究,形成虚拟实验平台,有利于推广机械运动方案拼装实验的应用。 本文在分析虚拟环境下实现机械机构装配操作以及机构运动仿真的现状与不足的基础上,进行了以下研究: 首先,研究了实现虚拟装配过程中装配约束动态识别的虚拟构件的建模方法,提出了基于约束特征的建模方法,建立了机械运动方案拼装实验中所需构件的信息模型并形成构件库。 其次,提出了一种支持装配关系动态创建的基于装配约束动态识别的虚拟装配实现方案,在虚拟装配过程中对构件间的可实现装配的约束特征进行识别和配对,获得配对结果后,通过相应的映射准则生成构件间的装配约束信息,实现构件间的自由组合和装配操作。 再次,结合Bullet运动学仿真开发包,研究了实现机械机构装配信息模型与运动学仿真逻辑模型间的映射方法,在完成机构装配操作的同时,建立机构的运动学仿真逻辑模型,并使之应用于运动学仿真计算中,同时实时地将仿真结果用于机构在虚拟环境中的驱动,实现机构的运动学仿真。 最后,在上述技术方案的基础上,研究并开发了一款机械运动方案拼装虚拟实验平台,并对机械运动方案拼装实验的实例进行演示,以此验证本文所述方法的正确性与有效性。


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