虚拟现实辅助结构可装配性设计姚寿文北京理工有限责任公司计算机与 pdf下载

装配是产品设计的核心，对产品的生产效率、性能和成本有着重要的影响。面向装配设计（Design for Asly：DFA）作为一种现代设计技术，在工业发达国家得到广泛应用，产生了巨大的经济效益。本书从产品设计出发，针对产品装配中的手工装配，分析了结构可装配性的影响因素、设计原则以及可装配性评价方法。同时，针对产品可装配性的验证，介绍了虚拟现实输入、输出以及虚拟手、碰撞检测和装配约束建模方法，结合Unity3D设计体框架台架构以及多层级零件建模等内容，通过实例演示了虚拟现实技术对装配设计辅助验能。本书可作为高等院校相关专业大专、本科、研究生的教材或参考书，也可供机械工程技术人员或致力于虚拟现实辅助技术的研究人员参考。

第１ 章　 绪论 .............................. １

　 １. １　 产品设计 ............................ ００１

　 １. ２　 产品装配 ............................ ００４

　 １. ３　 装配的实现 ........................... ０１２

１. ４　 装配工艺规程 .......................... ０１６

　 １. ５　 可装配性设计与评价 ....................... ０１７

　 １. ６　 虚拟现实技术 .......................... ０１９

　 １. ７　 本书结构 ............................ ０２５__

第２ 章　 产品可装配性设计因素 .................... ０２７

　 ２. １　 零件装配基本概念 ........................ ０２７

　 ２. ２　 产品可装配性对装配工艺的影响 .................. ０３３

　 ２. ３　 零件数量的影响 ......................... ０３５

　 ２. ４　 结构设计因素 .......................... ０４２

　 ２. ５　 公差因素 ............................ ０５１

　 ２. ６　 防错设计 ............................ ０５６

　 ２. ７　 人机工程因素 .......................... ０５９

第３ 章　 手工装配的可装配性因素分析................. ０６３

　 ３. １　 影响产品可装配性的因素 ..................... ０６３

　 ３. ２　 影响搬运操作时间的因素分析 ................... ０６４

　 ３. ３　 影响插入操作时间的因素分析 ................... ０６７

第４ 章　 装配中的连接与紧固 ..................... ０７６

　 ４. １　 概述 .............................. ０７６

　 ４. ２　 螺纹连接的工艺性 ........................ ０７８

　 ４. ３　 过盈连接的工艺性 ........................ ０８５

第５ 章　 手工装配中的可装配性设计及 ＤＦＡ 方法 ........... ０８９

　 ５. １　 手工装配的工艺特点 ....................... ０８９

　 ５. ２　 手工装配的一般设计准则 ..................... ０９１

　 ５. ３　 产品的可拆卸性和维修性设计 ................... １０１

　 ５. ４　 可装配性评价的 ＤＦＡ 方法 ..................... １０４

第６ 章　 虚拟现实输入输出及人机交互................. １１４

　 ６. １　 手势识别设备 Ｌｅａｐ Ｍｏｔｉｏｎ 传感器 .................. １１４

　 ６. ２　 人体捕捉设备 Ｋｉｎｅｃｔ ....................... １２１

　 ６. ３　 ＨＴＣ Ｖｉｖｅ 虚拟现实系统 ...................... １２５

　 ６. ４　 虚拟手建模与交互 ........................ １３４

　 ６. ５　 虚拟人体建模与交互 ....................... １３９

第７ 章　 虚拟现实物理及行为建模 ................... １４７

　 ７. １　围盒模型 ........................... １４７

　 ７. ２　围盒相交性 .......................... １５５

　 ７. ３　 刚体碰撞检测 .......................... １５９

　 ７. ４　 行为建模 ............................ １６６

第８ 章　 虚拟现实辅助装配建模 .................... １７２

　 ８. １　 虚拟现实辅助装配建模结构 .................... １７２

　 ８. ２　 零件数据信息 .......................... １７４

　 ８. ３　 零件数据信息的提取及重构 .................... １７７

　 ８. ４　 装配约束的定义和求解算法 .................... １８２

　 ８. ５　 单一及多约束下动态装配的约束识别和约束管理逻辑 ......... １８７

第９ 章　 虚拟现实辅助结构可装配性验证 ............... １９１

　 ９. １　 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 简介 ........................... １９１

　 ９. ２　 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 物理引擎 ＰｈｙｓＸ ...................... １９２

　 ９. ３　 虚拟现实辅助装台架构 .................... １９８

　 ９. ４　 虚拟现实辅助装配的多层级零件建模 ................ ２０１

　 ９. ５　 基于自由度限制算法约束计算 ................... ２０６

　 ９. ６　 虚拟现实辅助装配的人机交互操作 ................. ２１０

　 ９. ７　 某传动装置装配实例 ....................... ２１３

第１０ 章　 ３Ｄ 数学基础及欧拉角计算 .................. ２２４

　 １０. １　 ３Ｄ 向量运算........................... ２２４

　 １０. ２　 矩阵运算规则 .......................... ２２６

　 １０. ３　 ３Ｄ 几何变换........................... ２３０

　 １０. ４　 三维观察与投影变换 ....................... ２３７

　 １０. ５　 从旋转矩阵中计算欧拉角 ..................... ２４４

参考文献 ............................... ２４９

任何产品都是为人而设计，为人所用，都是为了满足客户需求。产品也是一个企业的立足根本，好的产品是企业由小变大、由弱变强的关键。 没有好的产品，企业就成为无源之水。

２０ 世纪８０ 年代以来，全球化在世界范围日益凸显，如产品生产全球化。 一个产品价值链，如设计、制造和销售，由分布在不同国家的不同公司共同完成。 ＯＥＭ (Ｏｒｉｇｉｎａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ，原始产品制造商) 是产品全球化的组织形式。 全球跨国公司都是从全球的ＯＥＭ 厂商，获得公司产品所需的零件或部件，通装行产品装配后投向，是生产全球化的典型范式。

于２０１５ 年５ 月印发的部署全面实施制造强国战略的文件«中国制造２０２５»，是中国实施制造强国战略个十年的行动纲领。 实施“中国制造２０２５”，推动我国制造业由大变强，不仅在一般消费品领域，更要在技术含量高的重大装备等制造领域勇于争先。 产品设计是产品成本、产品质量和产品开发周期的决定性因素。面向装配的设计( ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ，ＤＦＡ) 作为一种的产品设计技术，是提高产品在全球竞争力的核心。 其中，可装配性设计既能有效缩短产品开发周期，延长产品生命周期，又可提高产品的价值含量和竞争能力，是振兴我国机械制造业的关键技术之一。

以人为本，永远都是任何产品设计的核心。 本书中，以人为本主要关注由零件形成产品的阶段，即装配阶段。 本书面向机械结构，围绕可装配性设计中的结构因素和人机工程因素，对结构可装配行了详细的分析。 同时，基于虚拟现实技术的沉浸性、交互性和构想性，分析和设计了结构可装配性验台。 在结构上，本书可分为两部分，部分系统讨论了影响产品装配的结构因素和人因因素，并讨论了零件的搬运、插入、连接和紧固等可影响产品装配性因素结了手工装配的一些设计原则，以Ｂｏｏｔｈｒｏｙｄ ＤＦＡ 为例介绍了可装配性设计流程。 第二部分围绕虚拟现实辅助装配，系统地介绍了虚拟现实技术括人机交互传感器、头戴显示系统以及人机交互设计，同时为了实现基于物理的产品装配，介绍了产品装配过程中的碰撞检测和装配建模的过程，后基于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 引擎开发了虚拟装台，以某传动装置的三轴为例，对可装配性中涉及的结构因行了验证。

由于虚拟现实辅助技术尚未系统地提出，正在发展之中，因此本书所涉及的部分内容属于探索性，还不成熟，起到抛砖引玉的作用，希望广大的虚拟现实爱好者参与这个新兴领域，为虚拟现实技术在工业上的应用做出贡献。 鉴于此，本书中会存在一些不严密之处，有些疏漏，敬请读者谅解和指正。

姚寿文，男，，博士，副教授，硕士生导师。安徽歙县人。2002年至今任职于北京理工大学机械与车辆工程学院，从事本科生和研究生教学以及科研工作。科研上主要从事虚拟现实辅助设计技术应用研究括虚拟装配、虚拟维修、虚拟训练、虚拟设计、虚拟远程控制、人体捕捉、人机交互和用户体验等。主持国家自然科学面上项目2项（51275039，51975051），实验室2项。编著教材7本，文40余篇，发明专利申请10项以上，授权9项，软著登记3项。