专利名称：虚拟环境中装配工具库建立的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种制造业仿真技术领域的方法，具体地说，是一种虚拟环境中装配工具库建立的方法。
背景技术：
产品的装配是产品的设计实现过程关键的一步。另外，装配规划提供主要的反馈，有助于设计者从制造的角度改进设计。基于虚拟现实技术的产品装配能够减少劳动力，提高产品装配规划的质量和完整性。而装配工具是验证产品可装配性的一个重要因素，在虚拟环境中使用工具对产品进行装配，一方面增加了产品装配过程的真实性，提高了产品可装配验证的效率；另一方面为产品装配的工艺规划和装配线的设计以及装配工人的人机工程学评价提供了依据。
经对现有技术文献的检索发现，装配工具模板库(Phong Tran，Simmy Grewal；A data model for an assembly planning software system；Computer IntegratedManufacturing Systems Vol.10，No.4.p.267-275，1997)被建立了，由用户根据装配任务选择和定义对应的工具。通过定义工具的参数可以在装配规划过程中充分考虑到工具对装配工艺的影响。Wilson(Randall H.Wilson；A Framework forGeometric Reasoning About Tools in Assembly；Proceedings of the IEEEInternational Conference on Robotics and Automation Minneapolis，Minnesota-April 1996，1836-1844；Randall H.Wilson；Geometric Reasoning About Toolsin Assembly；Artificial Intelligence 98(1998)237-279)主要研究装配工具的表达和推理，对各种装配工具给出了表达和几何可达性问题的总体框架。(Wang.C.L，Cannon.D.J；Virtual-reality-based point-and direct robotic inspectionin manufacturing；IEEE Transactions on Robotics and Automation.Vol.12，(1996)No，4，pp.516-531)开发了一个柔性制造范例，为了尽可能快的执行任务，交互的指定机器人使用虚拟工具将零件拾取并放置在工作台上。文献[5]开发了一个具有智能属性的虚拟工具进行虚拟环境下神经血管手术，虚拟工具的位姿通过位置跟踪器获得。(Luis Serra，Wieslaw L.Nowinski，Timothy Poston，Ng Hern etc.；The Brain BenchVirtual tools for stereotactic frame neurosurgery；MedicalImage Analysis(1996/7)Vol.1，number 4，pp 317-329)利用虚拟工具进行脑外科手术，使得操作者很容易学习，而且快速的使用二维鼠标操作三维虚拟工具，可视化虚拟工具的操作轨迹，进行手术的规划。虚拟环境中零件模型的表达以及几何对象的组织方式我们已经在(武殿梁、杨润党等；虚拟装配环境中的装配模型表达技术研究；计算机集成制造系统；2004(10)11p1364-1369)中进行专门的研究。
目前，对虚拟环境下装配工具的表达和使用技术的研究较少，已经给出的研究存在一些问题主要集中在医学方面的应用或者就是针对某种特定工具，没有研究虚拟环境中装配工具的统一表达和装配工具库以及装配工具的使用方法和过程。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种虚拟环境中装配工具库建立的方法。使其根据工具的驱动方式以及与操作对象作用方式对工具进行分类，在虚拟环境中建立工具库，操作者根据需要选择工具，利用虚拟手在虚拟环境中操作工具，动态建立工具与操作对象的几何约束关系，当工具和操作对象的约束关系建立完成，就可以利用工具对操作对象进行交互式的装配。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明分虚拟环境中工具的统一表达、工具的定位时工具与操作对象的约束动态建立、工具对操作对象的精确定位三个步骤来完成①虚拟环境中工具的统一表达，为了满足虚拟现实中产品装配的要求，工具的几何和拓扑表达统一采用B-rep方法，为了实现虚拟环境中对零部件的操作，工具类需要具有查询、物理、操作、几何拓扑和操作对象5种属性，能够实现虚拟环境中利用工具对操作对象的交互装配，使其到达最终的装配位置；所述的工具，包括螺丝刀、套筒和螺栓扳手手工工具以及零件操作设备。
所述的工具，根据其几何特征、与操作对象的连接关系以及虚拟环境下虚拟工具的使用特点来表达和推理装配中所使用的各种工具。
所述的操作，其属性是工具被虚拟手操作过程中的一些变量值，显示属性标识工具碰撞时候的显示状态，抓取标志是标识工具是否被虚拟手抓取，约束链表是记录工具与操作对象之间的几何约束信息，它的主要功能是记录和设置工具与操作对象之间的位姿固定关系。
所述的操作对象，其属性是记录工具操作对象的信息，对象的类型和ID是指工具选择操作对象的零件或者装配体类型，以及它在零件库或者工具库中的编号；与工具的固定关系标志指工具和操作对象之间是否固定，如果它们之间的所有约束都满足在关系是固定的，否则他们之间是可以相对运动的，此时工具不能和操作对象一起移动；当工具和操作对象之间的关系固定时，操作对象与工具的固定变换就记录了它们之间的相对位姿关系矩阵；待捕捉约束链表是操作对象与其它零部件之间需要满足的几何约束。
②工具的定位时工具与操作对象的约束动态建立，在虚拟手驱动工具运动的每一帧，根据工具约束的链表、符合约束类型的几何元素信息和操作对象信息进行动态的约束几何元素关系判别，通过工具与零件之间的约束类型和约束两个几何元素的类型，实时的计算约束两个几何元素之间的位姿关系，当它们的位姿达到设置的约束捕捉误差时，自动将两个约束几何元素高亮显示；操作者工具约束识别的结果发出信号确定此约束成立，此时系统将自动调整工具的位姿使其满足约束关系，在存在作用的约束后就要对工具的运动进行引导；这样的过程反复直到工具和操作对象之间建立了固定关系；所述的工具的定位，其过程包括虚拟手对工具的抓取和工具操作对象的选择、工具与操作对象约束的动态建立。
虚拟环境中由操作者根据与工具发生碰撞的结果选取操作对象，确定对应的BREP零件、确定装配层次和最高子装配、确定并设置工具操作对象的类型和ID，进一步生成并设置工具操作对象的各动态链表，记录本帧位置跟踪器的位姿矩阵和操作对象的变换矩阵。
⑧工具对操作对象的精确定位，当工具和装配的零部件的位姿关系固定后，就可以利用工具对零部件进行操作，使其到达最终的装配位置，将工具和操作对象看作一个刚体，那么操作对象定位的基本步骤和过程与工具的定位基本一致。
图1虚拟环境中装配工具的模型表达示意2工具的抓取过程示意图其中2-a为虚拟手与工具发生碰撞的情况，2-b为系统自动将虚拟手的位置调整至抓取点位置图3工具与操作对象约束的动态建立过程示意框4工具和操作对象的约束识别示意图其中4-a是轴对齐约束的识别，4-b是螺栓和工具的定位结果图5套筒的表达示意图具体实施方式
以下结合附图，对本发明提供具体实施例如图1-5所示，本发明三个步骤虚拟环境中工具的统一表达、工具的定位时工具与操作对象的约束动态建立、工具对操作对象的精确定位实施内容1、虚拟环境中工具的统一表达对于一般机械产品和生产线而言，虚拟环境和实际装配中使用工具的最大区别就是工具与操作对象之间关系的建立，虚拟现实硬件缺乏真实力反馈的条件下，动态的建立和删除工具与操作对象之间的几何约束是解决工具与操作对象关系的重要手段。
利用虚拟环境中零件模型的表达以及几何对象的组织方式公开的现有技术，虚拟环境中零件、工具和装配体都是虚拟手的操作对象，零件是装配体的最小单元，工具是操作对应零部件的主动体，装配体是有零部件组成的对象；而约束是将零部件之间以及工具与零部件之间联系起来的桥梁。工具可以看作特殊的零件。
为了满足虚拟现实中产品装配的要求，工具的几何和拓扑表达统一采用B-rep方法。为了实现虚拟环境中对零部件的操作，工具类需要具有查询、物理、操作、几何拓扑和操作对象5种属性，具体的表达如图1所示。
<查询属性>∷＝<工具ID><工具名称><工具类型><面片模型ID>
<物理属性>∷＝<抓取点坐标><质量><密度><转动惯量>
<几何拓扑属性>∷＝<局部坐标><特征参数><包围盒><面表><边表><点表>
<操作属性>∷＝<显示属性><抓取标志><约束链表>
<操作对象属性>∷＝<对象类型和ID><与工具的固定关系标志><与工具的固定变换矩阵><待捕捉链表>
查询属性中工具ID是在工具库中的编号，具有唯一性。工具名称是另外一种工具的工具库的查询方式。工具类型是枚举型，具有可扩展性，不同的类型具有不同约束信息。面片模型ID是指工具在虚拟环境中的显示模型库中的编号，具有唯一性；面片模型是从CAD软件中转换的，包括wrl、stl等格式。碰撞模型ID在工具在碰撞模型库中的编号，用来查询工具和零部件对应的碰撞模型。
物理属性中抓取点的坐标指虚拟手抓取工具时根据虚拟手的姿态和抓取点的坐标确定虚拟手和工具的相对位姿，它是在工具局部坐标系下描述的，目的是为了使得虚拟手每次抓取工具时始终与工具的相对位置一定并在工具的适当位置。工具的质量、密度和转动惯量是评价工具可操作性和操作难易程度的主要指标。
几何拓扑关系中的局部坐标系记录工具坐标系和三个坐标轴的姿态角。特征参数是指工具两个工作面的距离或者操作对象的给出直径，主要是来区别同类工具中的不同型号。装配操作中，零件与工具所处的状态对系统进行约束进行捕捉时直接影响系统的性能如果范围过大，则需要实时处理很多不符合预定误差限的约束，增加了系统的计算量；如果范围过小，用户难以捕捉到某个约束，影响操作效率。包围盒是用来确立工具与操作对象动态约束捕捉范围的，当工具与操作对象的包围盒相交时才进行约束捕捉与处理。几何与拓扑信息中的面表和线表是用来描述工具中可能与操作对象产生约束的几何元素信息面表记录所有面的ID和类型，面结构分为平面、圆柱面、旋转面等，每个面结构面的参数、局部坐标、边环等信息；先结构包括直线、圆弧等；点记录以工具坐标系为参考的定位点和控制点等坐标。参与工具约束的几种几何元素类型主要是平面和直线。
约束信息由三部分组成约束基本信息、与主动体相关的信息以及与配合体相关信息。主动体是与此约束相关由虚拟手控制运动的零件或工具，操作属性中约束的主动体指的是工具，配合体指的是工具的操作对象；操作对象属性中的主动体是与工具固联的零部件，配合体是与工具操作对象存在约束、静止不动的零件。约束基本信息包括在约束库中的ID、约束类型(包括贴合，对齐，贴合偏移、对齐偏移、定角等约束)、约束参数，对齐和偏移为0，偏移约束是偏移距离，定角型约束参数是角度值、约束标志是指此约束是否已经满足。主动体中的信息包括此约束涉及两个零件中运动零件的ID、主动体中参与此约束的几何元素ID以及类型。配合体中的信息与主动体类似。工具操作对象中待捕捉约束链表中的约束是从CAD软件通过专用接口得到的，所有的信息是已知的。而工具操作属性中约束链表中的约束的基本信息在建立工具库时给出，而主动体和配合体的信息是未知的。
②工具与操作对象的约束动态建立，在虚拟手驱动工具运动的每一帧，根据工具约束的链表、符合约束类型的几何元素信息和操作对象信息进行动态的约束几何元素关系判别，通过工具与零件之间的约束类型和约束两个几何元素的类型，实时的计算约束两个几何元素之间的位姿关系，当它们的位姿达到设置的约束捕捉误差时，自动将两个约束几何元素高亮显示；操作者工具约束识别的结果发出信号确定此约束成立，此时系统将自动调整工具的位姿使其满足约束关系，在存在作用的约束后就要对工具的运动进行引导；这样的过程反复直到工具和操作对象之间建立了固定关系；2、工具的定位时工具与操作对象的约束动态建立(1)工具的抓取碰撞检测算法可实时获得虚拟手与虚拟场景中工具之间的碰撞情况。系统对该接触的反馈方式是图像视觉上的，即将与虚拟手接触的工具的显示颜色改为亮黄色，以提示用户该工具为目前虚拟手接触到的对象。此时，用户借助数据手套，发出抓取指令选取工具。具体过程如下a、根据碰撞检测结果获得与虚拟手发生碰撞面片模型的ID；b、通过面片模型ID在工具库中查找精确模型的对象；c、根据抓取时虚拟手与工具的姿态关系以及工具对象中的抓取点坐标计算VH与工具的变换矩阵，并以此矩阵设置虚拟手的显示模型和碰撞模型；d、设置工具数据结构里的“工具与VH变换矩阵”值、显示属性和抓取标志。
(2)操作对象的选择在虚拟装配过程中，当虚拟手抓取工具移动时候，工具就要操作零部件使其到达最终的装配位置。但是工具具体的操作那个零部件是未知的，为了提高工具与操作对象的定位效率，必须先选择工具的操作对象。
虚拟环境中由操作者根据与工具发生碰撞的结果选取此工具的操作对象，即与工具发生碰撞的零部件为此工具的操作对象。操作对象选择过程如下a、根据工具碰撞检测获得与工具发生碰撞面片模型的ID，确定对应的BREP零件；b、根据与工具发生碰撞零件的ID确定装配层次和最高子装配；c、确定并设置工具操作对象的类型和ID；d、生成并设置工具操作对象的各动态链表，包括主动体链表、待捕捉约束链表、目标零件链表和主动体碰撞模型ID链表等动态链表；e、记录本帧位置跟踪器的位姿矩阵和操作对象的变换矩阵。
(3)工具对操作对象的精确定位工具与操作对象约束的动态建立过程就是工具相对于操作对象的定位过程，如图3所示(按帧执行)。操作者佩戴数据手套，虚拟环境中的虚拟手与操作者的手对应，根据数据手套的位置跟踪器(FOB)产生的运动驱动虚拟空间中的虚拟手从而驱动工具的运动。从数据手套上的FOB提取虚拟手(VH)的位姿矩阵MVH，然后根据VH与工具的固定变换TP-VH，得到工具在虚拟空间中的位姿MP＝TP-VH×MVH。
采用FOB的运动增量驱动VH，即根据检测FOB本帧的位姿和前一帧记录的位姿计算VH的理论驱动增量ΔMVH。根据工具操作属性中约束链表的满足标志，构造已确认的约束链表。如果约束链表不为空，则调用sub-1和导航过程中的碰撞检测与响应。在工具运动过程中，调用sub-2执行约束动态识别。如果识别到满足的约束并接到用户由数据手套发出的确认指令，则调用sub-3进行约束的确认。根据约束识别结果设置约束对象中的数据项，即主动体和配合体中的信息。最后进行约束确认过程中的碰撞检测与响应，并根据计算的结果设置VH和工具在虚拟环境中的位姿。
工具与操作对象之间约束的动态识别(sub-2)在虚拟手驱动工具运动的每一帧，根据工具约束的链表、符合约束类型的几何元素信息和操作对象信息进行动态的约束几何元素关系判别。通过工具与零件之间的约束类型和约束两个几何元素的类型，实时的计算约束两个几何元素之间的位姿关系，当它们的位姿达到设置的约束捕捉误差时，自动将两个约束几何元素高亮显示。在进行约束识别时系统给出了两个约束识别误差，即角度误差α和距离误差d，具体的识别规则我们在文献(杨润党、武殿梁、范秀敏、严隽琪；虚拟环境下产品装配技术的研究与实现；计算机集成制造系统；2004(10)10p1220-1224)中给出。在操作过程中，用户可以实时的增大或者减小这两个误差阈值。工具与操作对象约束动态识别过程如下S1根据工具的ID在工具库中查找工具对象。
S2根据工具中操作对象ID和类型在零件库和装配库中查找主动体对象。
S3计算工具操作对象主动体的包围球，获得工具的包围球数据项。
S4检测包围球是否相交，即两个包围球中心错误小于半径之和。
S5.1如果包围球不相交则不进行约束识别，并将约束的几何元素设为不显示，满足标志设为0。
S5.2当包围球相交时，对于没有满足的约束调用“约束两个几何元素位姿关系判别子过程”。
“约束两个几何元素位姿关系判别子过程”如下V1从工具中取出一个与此约束所要求匹配的几何元素。
V2在主动体中查找与此约束匹配的另一个几何元素，并取出其中一个。
V3比较两个几何元素的位姿关系，判断其是否满足此约束。
V3.1如果不满足，将几何元素设为不显示，转入V2。
V3.2如果满足，将两个几何元素设为显示；设置此约束中的属性；转到第二步。
V4如果第二步的几何元素判断结束，则转入V1。
V5如果第一步的几何元素判断结束，在这个子过程结束，进入下一个帧循环。
如图4所示为工具和操作对象的约束识别，其中左图是轴对齐约束的识别，右图是面对齐的约束识别。
工具与操作对象之间的约束确认(sub-3)当用户交互的发出信号，使工具实时地满足当前捕捉到的约束的过程叫做约束确认。它就是根据约束识别的结果以及工具的运动自由度，对工具的空间位姿进行调整，使之精确地满足工具当前的约束状态。约束的确认实际上就是根据工具姿调整量最小原则在可行解空间中构造一个变换矩阵即定位求解矩阵，使得约束确认时工具的位姿变换最小。求解过程如下MP′＝Tlocation×M式中MP是约束确认前工具的位姿矩阵；Tlocation是定位求解矩阵；MP′是约束确认后工具的位姿矩阵。约束确认的主要目的就是要构造定位求解矩阵Tlocation。
工具与操作对象之间的约束运动导航(sub-1)在工具与操作对象运动导航中，由于操作者佩戴的FOB随着操作者的手在实际空间是任意运动的，而在虚拟环境中，VH所抓取的工具必须满足一些约束关系，此时FOB所检测到VH的位姿和VH的在虚拟空间中的实际位姿不能满足一致性。约束运动导航的主要目的就是在运动的每一帧中，以FOB检测的理论位姿矩阵为输入，求解实际的位姿变换矩阵，使工具运动即满足约束条件又尽可能减少实际位姿与理论位姿的调整误差。此处的求解思路是以数据手套位姿相对于上一帧的增量矩阵为输入，这样做的目的是不将前一帧的调整误差带入本帧以致于增加累计误差，将平移自由度和旋转自由度进行分开求解，最后求解出实际的增量位姿变换矩阵，以此来驱动工具在虚拟空间中的运动。
根据归约原理处理多约束的自由度，最后计算被操作工具在允许自由度条件约束下，外部原始运动变化量产生的真实位姿变化。算法主要分为二个阶段第一步，计算工具的理论位姿变化量。计算FOB在一帧内的位姿变化量，将该变化量作为虚拟手的理论位姿变化量；随后计算工具的理论位姿变化量。第二步，计算工具在满足约束条件下的实际位姿变化。根据归约原理对主动体所受的约束进行归约处理；根据规约后的主动体自由度，以及理论位姿变化量，求解实际位姿变化。
操作对象的定位当工具和装配的零部件的位姿关系固定后，就可以利用工具对零部件进行操作，使其到达最终的装配位置。将工具和操作对象看作一个刚体，那么操作对象定位的基本步骤和过程与工具的定位基本一致。首先通过操作对象与对应零件的位姿关系计算约束几何元素之间的位姿关系，根据约束判别规则进行约束的识别与捕捉。它与工具约束识别的区别在于约束相关两个零件以及几何元素都是确定的。其次对识别到的约束进行确认，在满足已确认约束的基础上调整操作对象的位姿，使其以最小的位姿变化满足当前的约束，直到操作对象的位置被确定。最后是进行约束的导航，即根据当前的约束和FOB获得的数据以及操作者的意图对操作对象的运动进行引导。
工具和操作对象固定后，将它们看作一个刚体时，操作对象的约束捕捉和确认算法与前面的基本相同，只是中间多了一层变换关系。在此不做详细的描述。但是操作对象的运动导航过程与上述过程有较大的不同。当操作对象沿轴线运动时，它的平移量d＝α/2π×l，其中α是一帧中的旋转量，l是操作对象的螺距。
如图5所示为套筒的模型，它的查询信息中的ID号、对应的显示模型ID以及碰撞模型信息在工具库文件中由系统自动分配，套筒型的工具的类型号为2，名称从CAD软件中输出。物理属性中的质量、密度从CAD软件中通过专用接口获得，抓取点的坐标在工具库文件中给定，此套筒抓取点在它局部坐标系中描述为(0-65-230)。几何拓扑属性中的局部坐标系在初始状态是单位矩阵，在被操作过程中系统可以获得它在虚拟环境中的位姿矩阵，特征参数为10，即它可操作对象的螺母或螺栓的公称直接是10，此工具的面表中包含两个平面即图中所示，一个是底面，它的类型为平面，ID是0，点点坐标为(0 15 0)，方向向量是(0 1 0)，另外一个面是任意一个侧面，它的类型为平面，ID是1，点点坐标为(00-11.691)，方向向量是(001)，线表中包含图中所示的一条轴线，类型是直线，ID是0，两点坐标分别是(0 20)和(0 1 0)。工具的操作属性中的显示是根据工具的状态改变其颜色，抓取标志为true表明工具当前被虚拟手抓取，否则没有被操作。约束链表是工具和操作对象定位的重要信息，对于套筒工具由三个约束组成轴线对齐、面贴合和面对齐，所有约束中的ID、类型、参数在工具库文件中给定，满足标志的初值是-1，约束中的主动体就是操作的工具，对于套筒它的信息是确定的，而配合体的信息是未知的，要根据工具选择的操作对象确定。
当工具和操作对象的关系固定以后，就可以利用虚拟手对零件进行操作。分为四个步骤，a、虚拟手移动工具从而驱动螺栓在虚拟空间中运动，捕捉螺栓轴线与配合零件轴线的对齐约束，并对此约束进行确认；b、满足轴线对齐的约束运动导航过程，即操作者通过旋转工具从而带动螺栓插入孔中；c、在运动导航过程中，捕捉到螺栓的一个面与配合零件的一个面的贴合约束关系时，操作者继续旋转工具直到螺栓到达最终的装配位置；d、当螺栓到达最终装配位置后，操作者可以通过手势发信号解除工具与螺栓的固定关系。
权利要求
1.一种虚拟环境中装配工具库建立的方法，其特征在于，分虚拟环境中工具的统一表达、工具的定位时工具与操作对象的约束动态建立、工具对操作对象的精确定位三个步骤来完成①虚拟环境中工具的统一表达，为了满足虚拟现实中产品装配的要求，工具的几何和拓扑表达统一采用B-rep方法，为了实现虚拟环境中对零部件的操作，工具类需要具有查询、物理、操作、几何拓扑和操作对象5种属性，能够实现虚拟环境中利用工具对操作对象的交互装配，使其到达最终的装配位置；②工具的定位时工具与操作对象的约束动态建立，在虚拟手驱动工具运动的每一帧，根据工具约束的链表、符合约束类型的几何元素信息和操作对象信息进行动态的约束几何元素关系判别，通过工具与零件之间的约束类型和约束两个几何元素的类型，实时的计算约束两个几何元素之间的位姿关系，当它们的位姿达到设置的约束捕捉误差时，自动将两个约束几何元素高亮显示；操作者工具约束识别的结果发出信号确定此约束成立，此时系统将自动调整工具的位姿使其满足约束关系，在存在作用的约束后就要对工具的运动进行引导；这样的过程反复直到工具和操作对象之间建立了固定关系；③工具对操作对象的精确定位，当工具和装配的零部件的位姿关系固定后，就可以利用工具对零部件进行操作，使其到达最终的装配位置，将工具和操作对象看作一个刚体，那么操作对象定位的基本步骤和过程与工具的定位基本一致。
2.根据权利要求1所述的虚拟环境中装配工具库建立的方法，其特征是，所述的工具，包括螺丝刀、套筒和螺栓扳手手工工具以及零件操作设备。
3.根据权利要求1或者2所述的虚拟环境中装配工具库建立的方法，其特征是，所述的工具，根据其几何特征、与操作对象的连接关系以及虚拟环境下虚拟工具的使用特点来表达和推理装配中所使用的各种工具。
4.根据权利要求1所述的虚拟环境中装配工具库建立的方法，其特征是，所述的操作，其属性是工具被虚拟手操作过程中的一些变量值，显示属性标识工具碰撞时候的显示状态，抓取标志是标识工具是否被虚拟手抓取，约束链表是记录工具与操作对象之间的几何约束信息，它的主要功能是记录和设置工具与操作对象之间的位姿固定关系。
5.根据权利要求1所述的虚拟环境中装配工具库建立的方法，其特征是，所述的操作对象，其属性是记录工具操作对象的信息，对象的类型和ID是指工具选择操作对象的零件或者装配体类型，以及它在零件库或者工具库中的编号；与工具的固定关系标志指工具和操作对象之间是否固定，如果它们之间的所有约束都满足在关系是固定的，否则他们之间是可以相对运动的，此时工具不能和操作对象一起移动；当工具和操作对象之间的关系固定时，操作对象与工具的固定变换就记录了它们之间的相对位姿关系矩阵；待捕捉约束链表是操作对象与其它零部件之间需要满足的几何约束。
6.根据权利要求1所述的虚拟环境中装配工具库建立的方法，其特征是，所述的工具的定位，其过程包括虚拟手对工具的抓取和工具操作对象的选择、工具与操作对象约束的动态建立。
7.根据权利要求1所述的虚拟环境中装配工具库建立的方法，其特征是，虚拟环境中由操作者根据与工具发生碰撞的结果选取操作对象，确定对应的BREP零件、确定装配层次和最高子装配、确定并设置工具操作对象的类型和ID，进一步生成并设置工具操作对象的各动态链表，记录本帧位置跟踪器的位姿矩阵和操作对象的变换矩阵。
全文摘要
一种虚拟环境中装配工具库建立的方法，本发明分虚拟环境中工具的统一表达、工具的定位时工具与操作对象的约束动态建立、工具对操作对象的精确定位三个步骤来完成，使其到达最终的装配位置，将工具和操作对象看作一个刚体，那么操作对象定位的基本步骤和过程与工具的定位基本一致。本发明根据工具的驱动方式以及与操作对象作用方式对工具进行分类，在虚拟环境中建立工具库，操作者根据需要选择工具，利用虚拟手在虚拟环境中操作工具，动态建立工具与操作对象的几何约束关系，当工具和操作对象的约束关系建立完成，就可以利用工具对操作对象进行交互式的装配。
文档编号G06F17/50GK1710566SQ20051002681
公开日2005年12月21日 申请日期2005年6月16日 优先权日2005年6月16日
发明者杨润党, 范秀敏, 武殿梁, 严隽琪 申请人:上海交通大学