机电设备再制造的拆解路径生成方法分析

陈嘉琳

摘要：20世纪90年代，发达国家逐渐出现了一项新兴产业，那就是再制造业。这项产业致力于提升废旧产品性能，使其可以媲美新产品，十分的节能和环保。伴随着不可再生能源的不断减少，发展再制造业将有利于减缓我国的能源资源紧张问题，还有利于优化我国的产业结构。本文对机电设备再制造的拆解路径生成方法进行了研究。

关键词：机电设备；再制造；拆解路径；生成方法

一、设备再制造的技术发展

进入21世纪以来，再制造技术凭借着高效、节能、优质的特点获得了巨大的发展。再制造因为是一种低碳环保的技术，所以推广和应用该技术是顺应资源合理利用以及社会可持续发展的时代要求的[1]。机电设备再制造主要是以产品全寿命周围作为理论指导，目的是为了实现提升废旧产品的性能，其准则是节能、降耗，通过先进的技术手段，将废旧产品进行修复等一系列改造活动的总称。机电设备再制造是一种高端循环再生方式，通过修复技术，将机电设备中的废旧零件重新修复，达到可以和新产品媲美的状态，这样不仅可以延长产品的使用寿命，还能提高技术性能，将产品的作用充分地发挥出来。

早期拆解方法通常是人工拆解，随着科学技术的发展，机器人自动拆解逐渐应用。对机器人进行自动编程，然后机器人会根据编好的程序来对零件进行拆解重组，其中，拆解路径规划是自动拆解的关键技术。

二、拆解路径规划算法

通过研究机电产品的再制造的工艺流程，我们可以发现，拆解过程是整个再制造环节的第一步，意思就是将完整的产品拆分为若干个单个零件；然后，进行分类检测，检测完成后，将零件按照能否使用的程度分为不同类别[2]。最后再进行装配检测，使用直接重用件和再制造件，再添加一些新的零部件，然后就可以进行装配，之后检测完成的产品，检测合格的就可以投入使用，这就是通过再制造而形成的的新产品。

（一）拆解方向推理

在零部件的裝配体系中，配合约束是定位的基本要素，配合约束可以减少零部件得自由度，对于不同类型的约束，它们的自由度也不尽相同，是和产品拆解方向是有密切关系的。

拆解零件的过程其实就是对产品进行解除约束的操作，所以选择拆解路径时，要充分考虑约束的关系。螺栓的可行拆解方向是以Z轴为正方向，此时将矢量表示为r（0，0，1）。本文在计算拆解方向矢量r时选用了高斯球求交运算的方法。首先要观察所有的配合约束，没有被配合约束限制的拆解方向矢量当做是高斯球1，和有配合约束的高斯球进行交运算，取运算结果的交集就是零件的可行性拆解方向[3]。在装配零件的过程中，我们定义每一个零件包含很多个约束，通过合并得到一个交集，表示的自由方向集在所有约束的共同作用下而形成的，同时这个集也就是零件的可行拆解方向。

（二）路径干涉检测

通过推理这些拆解方向，得出的结果代表的就是拆解方向矢量集，因为方向的数量有很多个，而且并非都可行，所以我們为了要选出真正可行的方向，就要进行干涉检测。因为在拆解零件的时候，规定将零件的装配约束角度中的某一个方向作为自由拆解方向，但是在实际操作中，选用的方向可能会有干涉零件，这样就会和拆解零件发生碰撞。所以在没有干涉零件的方向，才是可行拆解方向。本文选用的是路径扫描干涉检测法来检测是否有碰撞，

该算法的基本流程分为四部分。第一部分是确定最小的拆解距离d，这个最小距离指的是要拆解的零件和产品完全脱离的时候的最小距离。第二部分就是将拆解方向rd当做是法矢量，其和最小拆解距离d形成了投影面，记为Pm；将拆解的零件沿着rd投影到Pm上，此时产生的投影轮廓记为S。第三部分就是将轮廓S沿着rd的方向矢量rs延长，就会形成扫描体Vs。拷贝被拆解零件的模型形成目标零件Vd，将其和Vs合并组成共具体Vt。第四部分就是将共具体Vt和产品模型进行求交运算，运算结果为空，则说明被拆解件沿着rd引动d的距离不会出现干涉，否则会出现干涉。

三、实例分析

（一）配合约束分析

在一机械设备中的飞轮机构，支架a上有三个配合约束，支架a和芯轴d组成对中约束M1，和底座b间的平面贴合约束是M2和M3。

在飞轮c上有两个配合约束，飞轮c和芯轴d间的对中约束为M4，两者之间的平面约束为M5。

（二）拆解方向分析

对于支架a，如果配合M1进行拆解，方向集是DD6，1，移动的方向是水平的。配合M2时，方向集为DD6，2，此时是左半高斯球；配合M3时，方向集为DD6，3，为上半高斯球。将这三个高斯球进行求交，就会得到支架a的拆解方向集DD6为r1（1，0，0）。

飞轮1配合M4时，水平左右移动的高斯球DD1，4就是其拆解的方向；配合M5的时候，左半高斯球DD1，5代表着方向集。将两个高斯球进行求交运算，可得到飞轮1的拆解方向集是DD1是r2（1，0，0）。

（三）路径干涉检测

根据方向推理，支架a的拆解方向可能为r1（1，0，0），在可拆解状态下，支架a会沿着r1（1，0，0）的方向延伸，生成工具体，之后进行干涉检测得出的结果显示为“不干涉”，也就是说明r1（1，0，0）是支架a的拆解路径。

同样在拆解情况下，飞轮1如果按照r2（1，0，0）的方向生成新的工具体，经过干涉检测得出的结果显示为“干涉”，这就表明会和支架a发生干涉，同时也就说明了在此状态下，飞轮1是不可拆解零件。

四、结语

为了解决机电产品再制造中进行自动拆解路径生成的问题，提出了基于产品装配模型中配合约束和模型干涉检测的路径生成方法。在这个方法中，用高斯球来表达待拆解零件上的没有被配合约束作用的可拆解方向集，然后再通过求交运算，就可以推断出零件可行的拆解方向集。算法应用的对象是一维拆解，获得的方向是零件初始拆解方向。之后对这些方向集进行验证，将被拆解零件分别沿着这些方向生成工具体，通过工具体来进行干涉检测，最终得出可行的拆解方向。利用软件编程和实际工程的应用我们发现，这项算法是可行的。

参考文献：

[1]邱小童，胡发焕.机电设备再制造的关键技术研究[J].装备制造技术，2012，（5）：259260.

[2]廖萍，詹益清.浅谈老式机电设备再制造的思考和实践[J].科技资讯，2011，（20）：135135.

[3]贾文艺.煤矿机电设备再制造工程在刮板上的应用[J].陕西煤炭，2016，35（5）：7881.