機電設備再制造的拆解路徑生成方法分析

陳嘉琳

摘要：20世紀90年代，發達國家逐漸出現了一項新興產業，那就是再制造業。這項產業致力于提升廢舊產品性能，使其可以媲美新產品，十分的節能和環保。伴隨著不可再生能源的不斷減少，發展再制造業將有利于減緩我國的能源資源緊張問題，還有利于優化我國的產業結構。本文對機電設備再制造的拆解路徑生成方法進行了研究。

關鍵詞：機電設備；再制造；拆解路徑；生成方法

一、設備再制造的技術發展

進入21世紀以來，再制造技術憑借著高效、節能、優質的特點獲得了巨大的發展。再制造因為是一種低碳環保的技術，所以推廣和應用該技術是順應資源合理利用以及社會可持續發展的時代要求的[1]。機電設備再制造主要是以產品全壽命周圍作為理論指導，目的是為了實現提升廢舊產品的性能，其準則是節能、降耗，通過先進的技術手段，將廢舊產品進行修復等一系列改造活動的總稱。機電設備再制造是一種高端循環再生方式，通過修復技術，將機電設備中的廢舊零件重新修復，達到可以和新產品媲美的狀態，這樣不僅可以延長產品的使用壽命，還能提高技術性能，將產品的作用充分地發揮出來。

早期拆解方法通常是人工拆解，隨著科學技術的發展，機器人自動拆解逐漸應用。對機器人進行自動編程，然后機器人會根據編好的程序來對零件進行拆解重組，其中，拆解路徑規劃是自動拆解的關鍵技術。

二、拆解路徑規劃算法

通過研究機電產品的再制造的工藝流程，我們可以發現，拆解過程是整個再制造環節的第一步，意思就是將完整的產品拆分為若干個單個零件；然后，進行分類檢測，檢測完成后，將零件按照能否使用的程度分為不同類別[2]。最后再進行裝配檢測，使用直接重用件和再制造件，再添加一些新的零部件，然后就可以進行裝配，之后檢測完成的產品，檢測合格的就可以投入使用，這就是通過再制造而形成的的新產品。

（一）拆解方向推理

在零部件的裝配體系中，配合約束是定位的基本要素，配合約束可以減少零部件得自由度，對于不同類型的約束，它們的自由度也不盡相同，是和產品拆解方向是有密切關系的。

拆解零件的過程其實就是對產品進行解除約束的操作，所以選擇拆解路徑時，要充分考慮約束的關系。螺栓的可行拆解方向是以Z軸為正方向，此時將矢量表示為r（0，0，1）。本文在計算拆解方向矢量r時選用了高斯球求交運算的方法。首先要觀察所有的配合約束，沒有被配合約束限制的拆解方向矢量當做是高斯球1，和有配合約束的高斯球進行交運算，取運算結果的交集就是零件的可行性拆解方向[3]。在裝配零件的過程中，我們定義每一個零件包含很多個約束，通過合并得到一個交集，表示的自由方向集在所有約束的共同作用下而形成的，同時這個集也就是零件的可行拆解方向。

（二）路徑干涉檢測

通過推理這些拆解方向，得出的結果代表的就是拆解方向矢量集，因為方向的數量有很多個，而且并非都可行，所以我們為了要選出真正可行的方向，就要進行干涉檢測。因為在拆解零件的時候，規定將零件的裝配約束角度中的某一個方向作為自由拆解方向，但是在實際操作中，選用的方向可能會有干涉零件，這樣就會和拆解零件發生碰撞。所以在沒有干涉零件的方向，才是可行拆解方向。本文選用的是路徑掃描干涉檢測法來檢測是否有碰撞，

該算法的基本流程分為四部分。第一部分是確定最小的拆解距離d，這個最小距離指的是要拆解的零件和產品完全脫離的時候的最小距離。第二部分就是將拆解方向rd當做是法矢量，其和最小拆解距離d形成了投影面，記為Pm；將拆解的零件沿著rd投影到Pm上，此時產生的投影輪廓記為S。第三部分就是將輪廓S沿著rd的方向矢量rs延長，就會形成掃描體Vs。拷貝被拆解零件的模型形成目標零件Vd，將其和Vs合并組成共具體Vt。第四部分就是將共具體Vt和產品模型進行求交運算，運算結果為空，則說明被拆解件沿著rd引動d的距離不會出現干涉，否則會出現干涉。

三、實例分析

（一）配合約束分析

在一機械設備中的飛輪機構，支架a上有三個配合約束，支架a和芯軸d組成對中約束M1，和底座b間的平面貼合約束是M2和M3。

在飛輪c上有兩個配合約束，飛輪c和芯軸d間的對中約束為M4，兩者之間的平面約束為M5。

（二）拆解方向分析

對于支架a，如果配合M1進行拆解，方向集是DD6，1，移動的方向是水平的。配合M2時，方向集為DD6，2，此時是左半高斯球；配合M3時，方向集為DD6，3，為上半高斯球。將這三個高斯球進行求交，就會得到支架a的拆解方向集DD6為r1（1，0，0）。

飛輪1配合M4時，水平左右移動的高斯球DD1，4就是其拆解的方向；配合M5的時候，左半高斯球DD1，5代表著方向集。將兩個高斯球進行求交運算，可得到飛輪1的拆解方向集是DD1是r2（1，0，0）。

（三）路徑干涉檢測

根據方向推理，支架a的拆解方向可能為r1（1，0，0），在可拆解狀態下，支架a會沿著r1（1，0，0）的方向延伸，生成工具體，之后進行干涉檢測得出的結果顯示為“不干涉”，也就是說明r1（1，0，0）是支架a的拆解路徑。

同樣在拆解情況下，飛輪1如果按照r2（1，0，0）的方向生成新的工具體，經過干涉檢測得出的結果顯示為“干涉”，這就表明會和支架a發生干涉，同時也就說明了在此狀態下，飛輪1是不可拆解零件。

四、結語

為了解決機電產品再制造中進行自動拆解路徑生成的問題，提出了基于產品裝配模型中配合約束和模型干涉檢測的路徑生成方法。在這個方法中，用高斯球來表達待拆解零件上的沒有被配合約束作用的可拆解方向集，然后再通過求交運算，就可以推斷出零件可行的拆解方向集。算法應用的對象是一維拆解，獲得的方向是零件初始拆解方向。之后對這些方向集進行驗證，將被拆解零件分別沿著這些方向生成工具體，通過工具體來進行干涉檢測，最終得出可行的拆解方向。利用軟件編程和實際工程的應用我們發現，這項算法是可行的。

參考文獻：

[1]邱小童，胡發煥.機電設備再制造的關鍵技術研究[J].裝備制造技術，2012，（5）：259260.

[2]廖萍，詹益清.淺談老式機電設備再制造的思考和實踐[J].科技資訊，2011，（20）：135135.

[3]賈文藝.煤礦機電設備再制造工程在刮板上的應用[J].陜西煤炭，2016，35（5）：7881.