附录B外文翻译-------------译文部分
基于WTK的虚拟装配系统研究
摘要:装配工艺已成为先进制造技术的瓶颈，虚拟装配是解决这一问题的重要手段，研究虚
拟环境下装配系统体系结构和关键技术，对虚拟装配的研究具有决定性作用。本文首先介绍虚拟装配内涵及系统结构，详细说明虚拟装配存在的关键问题及解决途径，并应用双级渐开线圆柱齿轮减速器虚拟装配实例加以论证。 关键词:虚拟现实；虚拟环境；虚拟装配；WTK
1传统虚拟装配系统的结构
虚拟装配系统包括内容如下：产品装配建模子系统，产品装配序列规划，产品装配路径规划和实时动态碰撞检测。此外，产品装配建模子系统可以建立装配关系，并创建装配模型，如实体模型，曲面模型，机构模型，它们通过使用特殊的软件的建模工具或插入一些现有的模式所作的其他建模工具，如Pro /Engineer;装配顺序规划是用来解决产品装配过程顺序问题，并根据装配或拆卸的步骤创建装配过程顺序序列。装配工作规划包括装配路径规划和当工件之间互相有接触时准确的路径规划。
我们的虚拟装配系统如图1所示，是由三个子系统组成-运动检测和输入子系统，多感综合处理和输出系统，虚拟装配环境。
在三个子系统之中，运动检测和输入子系统从大量的传感器与虚拟环境及外部真实环境获取各种信息，然后将信息转化为虚拟环境界面。在这个子系统里，根据其来源这些信息将被归类分为如下好几种类型：直接输入信息，环境信息和异常信息。虚拟装配环境中，这些信息将被处理，直至准确或模糊指示可以发送到虚拟环境。
图1 虚拟装配系统结构
以智能化控制或参与各种事件。子系统输出的目的，是通过多种虚拟设备输出多元化的信息。例如，序列规划和路径规划和运作过程中可以生动的显示并可以将动力输出到外部设备，如力反馈传感器的数据处理，通过人类输出动力参与虚拟装配环境。虚拟装配环境子系统的功能如下：接收和分析从检测和输入子系统得到的信息，从而通过使用模块序
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列规划和路径规划和运作规划决定怎么做，最后发送信息指示输出子系统自动在适当的顺序和装配路径装配机床执行它的装配任务。
2关键问题和解决方案战略
在我们的虚拟装配系统，许多编织的结如下已被解开，使虚拟装配可以通过类似的实际环境来进行。换句话说，虚拟环境看起来像真实的一样，物体的移动和行为，就像在现实世界中。
1）虚拟装配环境建模的新技术
由二维图片和三维图形相结合，用来建立一个如图2所示的虚拟环境，因此该模型同时有两个属性——实时属性和真正的属性。所有构成环境的图片来自现实世界中，能让客户有真实感。所有物体能在该环境中移动，如轮毂，是建立基于三维实体模型或表面模型，使该物体能运行在虚拟环境中。
图2虚拟装配环境建模的新技术
另一方面，现实的属性操作应该加以考虑。基于虚拟装配的特殊性，新的管理模块被应用，即各种来自行为离子检测仪和输入子系统的信息，如机器人获取或公布的信息部分，被综合性地分类。新的序列或路径规划的产生，一系列新的命令转载，使虚拟环境可以被实际行动操纵，真正意义上的有听觉，感觉，味觉的虚拟世界是可以得到的。 2）装配进程中的动力学模型
在装配进程中，装配压力甚至物体的状态都是经常变化的，以至于这些物体的连接部分实时调整时间。在此过程中，线性和瞬态接触状态实现了，以至于很难描述一个综合了几何与拓扑的模型的状态。因此，最低限度的能量和网格划分方法通常适用于我们的虚拟环境。
3)自动装配顺序规划
考虑到特殊的装配物体，装配序列规划意味着从一系列装配顺序中找出最适宜的一部分。在我们的虚拟装配，上述问题已经解决，主要是在装配行程中有动态流动和生动的可视化和装配和附加启发知识和智能搜索过程中的参与。 4）物理为基础的装配
一物理为基础意味着在几何模型上附加物理属性并通过数值来描述它的状态。换言之，物体的行为由其物理属性确定。物理属性，必须考虑到如下数据： （1） 零件的物理属性，如质量，重量，转动惯量，摩擦系数和泊松比；
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（2） 部分和组件间的制约关系如面面之间的配合，线与面或面与面之间的校准，面的定
向部分或组件的灵活变化。一般来说，物理属性和物体的行为状态间的关系可用牛顿力学来描述。基于这个理论，物体的模型能够在虚拟世界中翻译，旋转甚至扭曲，就如同在现实世界中一样。
5）干扰核查
为了改善虚拟配置过程中真正和实时和准确的属性，干涉核查必须在转配实施之前进行，我们的系统将干扰校核分为俩个步骤。
步骤1 包络体。
为了简化核查工作的干扰，用一个在体积上大于真正的对象的包络体来取代真正的虚拟环境中的物体形状。通常，我们使用的类型是AABB型。
步骤2 准确检测。
又是俩个对象的包络体互相干扰，但我们不知道他们是否相互联系，有两个准确检测方法适用于虚拟环境：
1）基于边界表示模型（B2rep S）,空间分割技术，有利于减少检查部分的数量。 2）基于构造实体几何（GSG）的，如CT树干涉检查方法。
3开发平台和战略
小组主题“双级蜗壳柱是、齿轮减速器的虚拟装配”是在湖北自然科学基金主题为“分步式虚拟设计和制造”（20011001）。
该系统是基于世界工具软件，也称为WTK,这是一个美国SENSE8公司开发的商业虚拟显示工具，函数库由超过1000个C函数组成。由于这些C函数和它的接口的软件和硬件，客户可以构建一个虚拟的世界，里面可以做到就像在现实世界中一样的行为和物理属性。此外，通过这种虚拟现实设备，如数据手套和空间球。现实世界和虚拟世界的相互影响很快可以成为现实。
这个“虚拟装配双级蜗壳柱齿轮减速器”系统采用5层的数据结构现实图如图3。第一层是硬件层，包括输入和输出设备，如数据嵌套，三维球体，立体眼镜，图形加速卡等；第二层是用作接口用于连接的硬件设备，它的主要任务是从数据嵌套获取数据或为立体眼镜的双眼视觉空间设立参数；第三层是建议多样化模型—实体模型，框架模型，曲面模型，可直接建立在虚拟环境中或在其他软件，如Auto-CAD，3DMAX，MDT，固体工程，Pro/E的，等等。借助这种模式，我们可以建立一个虚拟世界，动作和物理属性在这里也可以体现；第四层是支持工具层，WTK在这里；第五层是应用层，这里有一个应用将执行以模拟真实环境。
图3 基于WTK的虚拟装配系统的基本结构
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下面的图片，建立了5层结构图如图4。双级蜗壳柱齿轮减速器的虚拟装配，显示了该齿轮减速器在装配完后的操作。
图4双级蜗壳柱齿轮减速器的虚拟装配
参考资料
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