应用层 虚拟装配支持工具层
虚拟现实管理层 数据库 规则库 虚拟现实硬件驱动层
虚拟现实硬件 虚拟装配环境结构
应用层：人机交互、输出设定界面
工 具 层 ： CAD/CAE/CAM 接 口 、 后 置 处 理程序、网络通信等
管理层：管理虚拟装配活动的事件，描 述虚拟装配活动物体形状和特征
硬件驱动：获取数据手套信息，计算位 姿参数，设定视觉参数等子程序 虚拟装配环境硬件：视景头盔、立体眼 镜、数据手套、三维鼠标等
2
5.6 机器装配的自动化
3
5.6 机器装配的自动化
4
5.6 机器装配的自动化
5
5.6 机器装配的自动化
6
5.6.1 自动装配机与装配机器人
自动装配机
输送方式：回转型、直线型 工序繁简：单工位、多工位
自动工位
手工工位
直线型混合式自动装配系统
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5.6.1 自动装配机与装配机器人
轴孔类零件自动装配
轴自动装入控制方法
精密装配机器人机与装配机器人
机器人装配单元
侧视摄像机 顶视摄像机 检测机器人
圆工作台 装配工作台 手爪
合格品中间库 零件上料台
检测工作台 被检测产品
VIM 控制器
中央 控制器
不合格品中间库 SCARA机器人
PAM 控制器
机器人装配工作单元
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5.6.2 自动装配线
❖ 关键如何保证 轴孔配合
1—电磁铁 2—支架 3— 压 杆 4— 弹 簧 5—推杆 6—套 7—装配零件(轴) 8—料道 9—擒纵器 10—装配基件 11—夹紧机构 12—挡铁 13—夹具 14、15—X、Y坐标 滑板
16——衔铁
b）振动原理图
a）机构示意图
c）基件中心运动轨迹
轴孔配合自寻中心装入机构
自动生成装配规划 寻找最优装配顺序序列
虚拟环境中人的知识和技巧的映射 研究人手模型虚拟环境中的映射，检测和处理人的装配动作信号， 装配过程实时交互
零件物理学属性的虚拟 包括零件物理属性（材质、密度、色彩、韧性等）和运动属性（速 度、加速度、作用力等）
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5.7.2 虚拟装配环境建立
虚拟装配环境结构
虚拟制造（Virtual Manufacturing-VM）
以虚拟现实、计算机仿真技术等为基础，利用制造系统模型，完 成制造系统各环节计算与仿真 虚拟制造实现了制造的本质过程，可以模拟和预估机器功能、性 能、可加工性等，提高预测与决策水平
虚拟装配（Virtual Assembly-VA）
无需产品或支撑的装配过程的物理实现 主要研究内容：
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5.6.1 自动装配机与装配机器人
螺纹联接件的自动装配机
自动拧紧螺钉装置
1—料管口 2—隔料器 3—导管 4—直导管
a）
b）
c）
螺钉拧入的过程
9
5.6.1 自动装配机与装配机器人
装配机器人
电机轴承端盖装配机器人
电机端盖与轴承配合尺寸 φ32mm，配合间隙0.01 mm， 作业时间不超过3s。
机械制造工艺学 第5章 机器装配
Machine Assembling
5.6 机器装配自动化
Assembling Automation
1
5.6 机器装配的自动化
国外从20世纪50年代开始发展了装配过程的自动化 60年代发展了数控装配机、自动装配线 70年代机器人开始应用于装配过程 近年来研究应用了柔性装配系统 （Flexible Assembling System) 今后趋势——把装配自动化作业与仓库自动化系统等 连接起来 ❖装配过程自动化——包括零件的供给、装配对象的 运送、装配作业、装配质量检测等
气体调节阀自动装配线
回转试验机
装配机器人
1—料仓 2—夹具提升装置 3、4、5、6—装配机器人 7—回转试验机
8—贴标签机 9—不合格品斗 10—包装机 11—夹具下降装置 12—气
动机械手 13—振动料斗 14—随行夹具 15—传送装置
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5.6.2 自动装配线
汽车发动机装 配和试验计算机 控制系统
装配动作顺序： ①抓住滑槽上端盖
②把端盖移到装配线上
③解除机械连锁，使顺序 性机构起作用
④靠触觉动作，探索插入 方向，使端盖下降
⑤解除顺序性机构作用， 恢复机械连锁
装配机器人
1－定子 2－滚珠轴承 3－端盖 4－定位液压缸 5－滑槽
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5.6.1 自动装配机与装配机器人
触觉精密装配机器人 “HI-T-HAND”Expart-2
4 ＇
7
A
A8
AB
以装配中心为基础的模块式FAS
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机械制造工艺学 第5章 机器装配
Machine Assembling
5.7 机器虚拟装配
Machine Virtual Assemble
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5.7.1 虚拟现实与虚拟装配
虚拟现实（Virtual Reality-VR）
采用计算机、多媒体、网络技术等多种手段构造虚拟境界，使参与 者获得与现实世界相类似的感觉
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5.7.3 虚拟装配系统组成及应用
虚拟装配系统结构
感觉信息合成 输出系统
输出接口
虚拟装配环境
数据库
力分析
装配规划 装配过程 规则库
动作检测 输出系统
输入接口 位姿检测 因果关系 功能检测
模拟系统 虚拟装配系统结构框图
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5.7.3 虚拟装配系统组成及应用
IVAE系统（Integrated Virtual Assembly Environment） ➢ IVAE系统为用户建立一个基层集成化虚拟装配环境， 用户可以利用虚拟现实设备交互进行装配建模、装配操 作、装配序列和装配路径规划等装配工艺设计工作。 ➢ 约束处理：
❖Assembly Inspection Device—AID
❖Management Information System—MIS
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5.6.2 自动装配线
模块式装配系统
2
DD
C
E
3
4
5
5
5
1
F
9
F
A－工件配套位 B－输入 位 C－检验位 D－返修位
5 ＇
5 ＇
5 ＇
E－输出位
6
1－存储传送装置 2－通用 装配装置 3、4、4‘、6－ 工件传送装置 5、5＇－装 配中心 7 －工件托盘 8－ 工件收集站 9－传送装置 控制器
虚拟环境下装配顺序和路径、虚拟装配建模、装配中人机因素分 析、装配任务培训等
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5.7.1 虚拟现实与虚拟装配
虚拟装配关键技术
虚拟装配环境构建 包括：虚拟环境描述与管理，装配动作与感觉信息相互关系处理， 感觉信息综合方法，输入、输出驱动规则等
装配过程中作用力分析 把零件微观接触状态拓展为宏观世界，瞬时接触延续为虚拟空间 “慢动作”，分析数据可视化处理