Contact identification for assembly-disassembly simulation with a haptic device

Assembly/Disassembly (A/D) simulations using haptic devices are facing difficulties while simulating insertion/extraction operations such as removing cylinders from holes. In order to address this configuration as well as others, an approach based on contact identification between components is presented in this paper. This approach can efficiently contribute either to a new A/D simulation preparation process relying on two types of shape representations (mesh and CAD NURBS models), or directly to the real time simulation process when it is performed with 6D haptic devices. The model processing pipeline is described and illustrated to show how information can be propagated and used for contact detection. Then, the contact identification process is introduced and illustrated through an exampl

Disassembly task evaluation by muscle fatigue estimation in a virtual reality environment

International audienceToday, disassembly operations play a very important role during the initial design phase of industrial products considering the role played by these operations throughout the product life cycle. Current simulation platforms do not offer the necessary information and versatility required for a complete disassembly process simulation, including human/operator physiological data management. The paper deals with a new method for disassembly sequence evaluation. It is based on metabolic energy expenditure and muscle fatigue estimation. For this purpose, the analytical model for mechanical energy expenditure is proposed. In this model, the required mechanical work is used as a parameter that allows comparing the relationships among fatigue levels when performing disassembly sequences. Then, the fatigue levels are evaluated by analyzing the recorded electromyography signal on an operator’s arm. The proposed method is validated by a set of experimental disassembly tests performed in a virtual reality environment. The comparison of the analytical and experimental results has shown good correlation between them. The main result of this study is the proposed model for assessing muscle fatigue and its validation by experimental procedure. The proposed method provides the feasibility to integrate human muscle fatigue into disassembly sequence evaluation via mechanical energy expenditure when performing disassembly operation simulations

Génération des séquences de désassemblage et leur évaluation : Intégration dans un environnement de réalité virtuelle

Integration of disassembly operations during product design is an important issue today. It is estimated that at the earliest stages of product design, the cost of disassembly operations almost represents 30 % of its total cost. Nowadays, disassembly operation simulation of industrial products finds a strong interest in interactive simulations through immersive and real-time schemes. In this context, in the first place, this thesis presents a method for generating the feasible disassembly sequences for selective disassembly. The method is based on the lowest levels of a disassembly product graph. Instead of considering the geometric constraints for each pair of components, the proposed method considers the geometric contact and collision relationships among the components in order to generate the so-called Disassembly Geometry Contacting Graph (DGCG). The latter is then used for disassembly sequence generation thus allowing the number of possible sequences to be reduced by ignoring any components which are unrelated to the target. A simulation framework was developed integrated in a Virtual reality environment thus allowing generating the minimum number of possible disassembly sequences. Secondly, a method for disassembly operation evaluation by 3D geometric removability analysis in a Virtual environment is proposed. It is based on seven new criteria which are: visibility of a part, disassembly angles, number of tools' changes, path orientation changing, sub-assembly stability, neck score and bending score. All criteria are presented by dimensionless coefficients automatically calculated, thus allowing evaluating disassembly sequences complexity. For this purpose, a mixed virtual reality disassembly environment (VRDE) is developed based on Python programming language, utilizing VTK (Visualization Toolkit) and ODE (Open Dynamics Engine) libraries. The framework is based on STEP, WRL and STL exchange formats. The analysis results and findings demonstrate the feasibility of the proposed approach thus providing significant assistance for the evaluation of disassembly sequences during Product Development Process (PDP). Further consequences of the present work consist in ranking the criteria according to their importance. For this purpose, moderation coefficients may be allocated to each of them thus allowing a more comprehensive evaluating method.De nos jours, l'intégration des opérations de désassemblage lors de la conception des produits est un enjeu crucial. On estime que dans la phase initiale de la conception d'un produit, le coût des opérations de désassemblage représente environ 30% de son coût total. Ainsi, la simulation des opérations de désassemblage de produits industriels trouve un fort intérêt pour des simulations interactives grâce à des programmes d'immersion et en temps réel. Dans ce contexte, dans un premier temps, cette thèse présente une méthode de génération des séquences de désassemblage possibles pour le désassemblage sélectif. La méthode est basée sur les niveaux les plus bas du graphe de désassemblage des produits. Au lieu de considérer les contraintes géométriques pour chaque paire de composants, la méthode proposée tient compte des contacts (relations géométriques entre les composants) et des collisions afin de générer le Graphe Géométrique de Contacts et de Désassemblage (DGCG). Celui-ci est ensuite utilisé pour la génération des séquences de désassemblage permettant ainsi de réduite le nombre de séquences possibles en ignorant les composants non liés avec la cible. Une application de simulation a été développée, intégrée dans un environnement de réalité virtuelle (RV) permettant ainsi la génération du nombre minimum de séquences possibles de désassemblage.Dans un second temps, une méthode d'évaluation des opérations de désassemblage par analyse géométrique 3D de l'amovibilité dans un environnement RV est proposée. Elle est basée sur sept nouveaux critères qui sont: la visibilité d'une pièce, les angles de désassemblage, le nombre des changements d'outils, le changement d'orientation des trajectoires, la stabilité des sous-ensembles, les angles de rotation du cou et flexion du corps. Tous ces critères sont présentés par des coefficients sans dimension calculés automatiquement par l'application développée, permettant ainsi d'évaluer la complexité des séquences de désassemblage. A cet effet, un environnement mixte de réalité virtuelle pour le désassemblage (VRDE) est développé, basé sur le langage de programmation Python, en utilisant deux bibliothèques : VTK (Visualisation Toolkit) et ODE (Open Dynamics Engine), les formats d'échange étant fichiers: STEP, WRL et STL. L'analyse des résultats obtenus démontrent la fiabilité de l'approche proposée fournissant ainsi une aide non négligeable pour l'évaluation des séquences de désassemblage lors de processus de développement de produits (PDP). Les autres conséquences de ce travail consistent à classer les critères en fonction de leur importance. A cet effet, des coefficients de modération peuvent être attribués à chacun d'eux permettant ainsi une méthode d'évaluation plus complète