基于VisMockup的装配装置仿真与分析

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装配过程仿真对于复杂装配装置的开发具有重要意义。某专用复杂装配装置要求集成支托、抓取 、调整、搬运 、精确定位等多种功能，概念设汁阶段采用 UG建立的数字样机模型只能展示-种 ：作状态，无法描述其他重要工作状态，而装配过程仿真则可以展示整个运动过程，直观地验证操作空间、运动功能以及装配顺序的正确性 ，为设计方案的修改与评价提供有效的辅助手段。

VisMockup是某公司推出的与 UG协同进行虚拟装配分析的软件，提供了交互式的产品可视化及分析功能，丁序的编辑简单快捷，运动路径的定义与回放工具操作方便。利用 VisMockup对集成装配装置的装配过程进行了仿真分析。

2基于装置的装配工艺过程概念设计时提出的集成装检装置总体结构方案，如图 1所示。装置主要由工作台、摇臂升降机构、吸具、液压升降机构、升降转台、装配托架 、初定位托座和测量系统等部件组成。其中，1：作台为固定框架结构；摇臂升降机构存储时可降至底部，工作时升至顶部锁定，摇臂可以左右摆动，摇臂上的手柄可以转动，并通过齿轮齿条带动吸具上下运动；液压升降机构可以带动与之固连的升降转台和装配托架沿四根导向杆上下运动，升降转台可以绕中心回转，测量系统可以沿滑轨滑动。

图 1集成装配装置总体结构方案Fig.1 Structural Concept of Compositive Assembly Device考虑到集成装配装置的特点以及产品装配的复杂性，基于装配经验初步规划了产品装配顺序。产品装配的基本过程可以简来稿日期：2012-06-12基金项目：中 -r程物理研究院科学技术发展基金(2009A020301 1)作者简介：刘延龙，(1976-)，男，高级 程师，硕士，主要研究方向：号用机械装置设计与装配工艺技术研究190 刘延龙等：基于VisMockup的装配装置仿真与分析 第4期单描述为：装配基准件在装配托座上就位，其余产品按照从下至上的顺序，依次在初定位托座上进行装夹定位，通过摇臂升降机构和吸具抓取到装配托座上进行装配，根据需要使用测量系统进行工艺参数的测量。

根据提供的产品装配技术要求，可以进-步拟定装配流程表，明确运动部件及其相关参数。部分参考数据，运动部件及其相关参数按照先后顺序排列，如表 1所示。并具有持续性，参数具体值需要在仿真环境中测量或验证。

表 1产品装配流程表Tab.1 Product Assembly Flow Table3基于装置的装配工艺仿真3.1基于装置的产品装配路径基于装置的产品装配过程受到装置运动关节的约束，忽略吸具抓取与释放产品等柔顺变形过程，产品的装配过程可以简化为多刚体运动学问题。摇臂升降机构实现了装配产品的主要运动，提供了绕立柱的转动和沿吸具轴线的移动两个自由度，如图2所示。1件的终点位置矢量 与起点位置矢量 Pn具有如下关系： R -Pn (1)运动路径 PJpl- P3，如图3所示。其中，7Tl与 表示沿吸具轴线的移动变换，对应路径为 Jpl和尸2-P]，R表示绕立柱的转动变换 ，对应路径为 Pl- 。吸具沿装配路径逆向返回起点，可由下式表示吸具变换：Po -R Pe (2)返回路径为 尸I- 。由于摇臂升降机构行程有限，产品装配时需要使用液压升降机构调整基准件的高度，运动路径为图3中直线段 B 曰，。

丁基准坐标系 全局坐标系罔2装配变换示意图Fig.2 Schematic Diagram of Assembly Transformation.p图3装配路径示意图Fig.3 Schematic Diagram of Assembly Path摇臂升降机构只提供了绕立柱的转动和沿吸具轴线的移动两个自由度 ，不能满足产品任意位置的装配功能，还必须解决工件坐标系与基准坐标系的调整问题。坐标系的调整主要采用调心托座和转台实现，并在设备标定时确定工装之间的位置约束关系。装配仿真时可以将坐标系的调整直接简化为同轴、贴合或距离等装配约束关系。

产品装配路径规划时需要精确控制终点，以增强产品装配的拟实性。然而，产品实体模型的装配设计通常采用了较多的约束关系，装配仿真时精确重现这些约束关系具有较大难度，比较简单的解决办法是采用拆卸法进行路径规划。

3.2基于拆卸的产品装配仿真方法基于拆卸的产品装配仿真方法采用人机交互的方式进行，基本思路是 ：当产品满足装拆过程互逆的条件时，在三维可视化环境下，丁艺人员通过仿真试拆卸进行路径可行性判断，循环操作得到拆卸顺序和拆卸路径，然后对其取逆得到装配顺序和装配路径，最后编排工序进行装配仿真。基于拆卸的人机交互装配仿真流程，如图4所示。

图4基于拆卸的人机交互装配仿真流程Fig.4 Simulation Flow of Human-Computer InteractionAssembly Based on Disassembling仿真流程中的初始化主要包括实体模型的装配与格式转换。针对拆卸法需要，实体模型装配除了实现产品的装配外，还需要将装置的装配调整到完成产品装配时的工作状态。格式转换指将 UG的装配模型导 出为 . 格式的文件 ，再将其导入VisMockup进行装配仿真。

3.3基于VisMockup的装配仿真实现VisMockup通过轨迹回放”的倒放”选项支持仿真拆卸的逆向装配设计。装配或拆卸动作通过添加线性路径”操作实现，按照产品装配流程表提供的装配顺序反向进行了产品拆卸，拆卸-