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基于数字孪生的复杂机电产品线缆装配工艺规划研究

基于数字孪生的复杂机电产品线缆装配工艺规划研究

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作者：郭耀文南昌航空大学

学位级别：硕士

线缆在复杂机电产品中的占比越来越多,这使得线缆成为了影响产品装配、性能、质量的一个关键因素。复杂机电产品内部空间狭窄且线缆与连接件众多,这对线缆装配工艺的制定提出了挑战。目前,无论是传统方法利用物理样机对线缆进行模拟装配... 详细信息

线缆在复杂机电产品中的占比越来越多,这使得线缆成为了影响产品装配、性能、质量的一个关键因素。复杂机电产品内部空间狭窄且线缆与连接件众多,这对线缆装配工艺的制定提出了挑战。目前,无论是传统方法利用物理样机对线缆进行模拟装配,还是利用计算机辅助技术对线缆进行模拟装配,所得到的线缆装配工艺文件大都存在没有联系实际物理装配情况、没有较好的人机交互等问题。为了提高线缆装配的质量和效率,本文对复杂机电产品线缆装配的几个关键技术进行了研究,主要包括以下几个方面:(1)为了提高线缆装配顺序的求解效率,提出了一种基于改进粒子群算法的线缆装配顺序求解方法。首先,为了制定出合适的目标函数,对线缆装配顺序模型进行构建并将其作为目标函数的评价指标。然后,为适应线缆装配顺序规划的离散性特点,将基本粒子群优化算法进行离散化处理。同时,为了避免全局最优解G 陷入局部最优,提出了将G进行变异、精英粒子对粒子速度更新方式进行扰动的改进算法。最后,利用三种Benchmark基准测试函数对算法进行测试,并将该算法应用到一个有17组线缆的模型中进行验证。(2)针对线缆装配路径求解中存在线缆模型不能较好表达线缆的物理特性、智能算法不能很好地适应线缆装配路径求解等问题,本文提出了一种基于改进快速搜索随机树算法的线缆装配路径求解方法。该方法首先构建了基于Cosserat弹性杆理论的线缆物理属性模型,然后提出了改进快速搜索随机树算法的三种方法:(1)以方便线缆实际装配为前提,为使线缆装配路径连接线缆目标构型提出基于人工势场法的线缆装配路径规划策略;(2)为防止线缆因自身重力而与零部件产生碰撞干涉提出考虑线缆最佳离地高度的节点扩展策略;(3)为求出一条相对平滑的路径提出基于非均匀三次B样条曲线的路径优化方法。最后,通过实例验证了该方法的可行性。(3)针对目前理想装配方案不能满足实际需求等问题,提出一种基于数字孪生的线缆装配工艺模型动态构建方法。采用SLAM对线缆装配过程中零部件特征进行地图构建和线缆空间定位,引入RFS对SLAM问题进行描述,并使用GM-PHD实现地图零部件特征信息的预测与更新;并同时利用SRTUKF以及单特征策略对线缆装配路径进行位姿估计,从而构建线缆装配路径数字孪生体,以实现动态构建线缆装配工艺模型。最后,通过实例验证了该方法的可行性。(4)本文利用Microsoft Visual Studio 2010、Creo2.0及其Creo/Toolkit等软件开发了线缆装配工艺规划原型系统,并在实例中对其工作流程进行了演示。

关键词：装配工艺规划线缆装配顺序线缆装配路径装配工艺模型数字孪生

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