考虑物理属性的虚拟拆卸系统研究与开发

发布时间：2020-09-19 12:35

　　目前,城市建设、军事航天、港口物流、生产制造等各个领域都离不开机械设备,设备的报废、维修拆卸速度也成为影响使用单位生产效率的关键。由于设备实物拆卸过程繁琐、周期长、成本高,运用虚拟拆卸技术模拟拆卸工艺及拆卸过程,可以很好的解决上述问题。同时,触觉作为人类与自然之间的重要交互途径,在虚拟拆卸系统中加入触觉,研究基于触觉的虚拟拆卸系统,可以极大地增强用户的沉浸感,使用户的交互体验更为真实。本文研究目标:以典型减速器为例,从虚拟场景建模、力反馈交互及物理属性分析、拆卸序列优化三个方面开展研究,开发多模式交互(鼠标、键盘及力反馈器)虚拟拆卸平台,在保证虚拟拆卸交互体验的基础上,提供符合实际拆卸顺序的指导,提升拆卸平台的实用性。本文的工作主要集中在以下几个方面:(1)针对虚拟拆卸场景的建模技术中存在的困难,为了提高虚拟场景设备模型显示的流畅性,研究了从CAD软件建模到虚拟平台场景的优化方案;(2)针对力反馈器交互的真实感表现,研究了虚拟环境中设备模型物理属性的表现问题,包括物理属性分析、反馈力计算及与设备零部件几何模型的融合技术,提出了物理模型的构建方案;(3)针对拆卸序列规划及优化问题,主要结合Petri网构建拆卸分析模型,建立拆卸优先矩阵,以拆卸时间和拆卸成本作为适应度函数成员,对拆卸序列进行初步筛选,最后应用遗传算法对拆卸序列进行评价和优化。并且,对拆卸序列模块与OSG图形引擎的结合进行研究,提出了基于HUD(Head Up Display)的拆卸序列辅助功能开发方案;(4)以减速器为例,使用模块化设计思维,运用MFC功能,设计虚拟拆卸系统交互界面开发方案;以Visual Studio 2008为开发平台,以Phantom Omni力反馈器和其他交互设备为硬件,使用OSG(Open Scene Graph)图形渲染引擎和ODE(Open Dynamic Engine)物理引擎进行虚拟拆卸场景搭建,最终实现由自动拆卸模块、手动拆卸模块、力反馈拆卸模块以及相关辅助挂件(场景漫游、立体显示等)组成的考虑拆卸序列的力反馈虚拟拆卸平台开发。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH182;TP391.9
【部分图文】：

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卸系统的总体设计卸系统功能框架属性的虚拟拆卸系统总体功能框架，如图 2-1 所示是交互拆卸系统，包括四个模块：自动拆卸模块、块和辅助功能挂件模块；交互拆卸子系统中，利互设备，在拆卸过程中加入触觉反馈，使用户的统加入了场景漫游、路径回放、立体显示等一系步提升了拆卸系统的实用价值，使用户身临其境卸序列规划模块，为了使虚拟拆卸过程更贴近实 Petri 网分析设备结构，得出拆卸序列原始种群并果导出。通过 C++程序接口读取导出的拆卸序列Head Up Display）的形式展示出来，实现两个部

力反馈,结构类型,手臂,单点

手动拆卸自动拆卸碰撞检测加碰撞检测基于MFC的虚拟拆卸平台集成拆卸辅助立体显示工具库场景漫游图 2-2 虚拟拆卸系统技术路线是由美国 SensAble 公司开发的 Phan用户触摸、控制虚拟对象成为可能。结构、便携式的设计以及 IEEE-1394如图 2-3 所示。

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图 2-4 软件关系图G（Open Scene Graph）发展过程中，出现了一大批性OSG、Fly3D、OGRE 等，其中，等领域中的应用十分广泛[53]。因染质量高等优良特性的三维图能，并对某些功能函数进行了改高质量的交互式场景程序开发了开源以及平台无关性之外，还景的方式。同时，OSG 为开发形处理、角色动画等一系列功能核心库和工具库组成，核心库（进行图形渲染和虚拟场景管理；

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