自动换刀装置虚拟教学子系统的研究与开发

发布时间：2017-09-09 17:30

  本文关键词：自动换刀装置虚拟教学子系统的研究与开发

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【摘要】：本课题是“高速数控加工中心虚拟现实教学系统”的子系统,基于Solid Works、Deep Exploration、Creator、VC++和Vega Prime的软件开发环境,建立了自动换刀装置的三维仿真模型和虚拟场景,制作了自动拆装的演示动画,实现了手动虚拟装配和运动仿真的沉浸效果,满足了自动换刀装置虚拟教学系统的功能要求。本课题主要承担的工作以及所取得研究成果如下:(1)分析和研究了自动换刀装置的工作原理,根据运动需求对自动换刀装置进行结构设计,运用Solid Works建模软件建立三维模型,并按运动关系进行虚拟装配;(2)通过Deep Exploration格式转换软件,将自动换刀装置Solid Works模型进行转换得到了Creator能打开的文件格式,再对三维模型进行编辑、修改和控制,实现自动换刀装置三维虚拟模型的建立;(3)分析自动换刀装置的装配关系,编写装配流程图,采用Deep Exploration软件,按照装配流程图制作自动换刀装置的自动拆装演示动画;(4)采用VC++编译软件,控制自动换刀装置各个零部件在虚拟空间的运动,结合碰撞检测技术和数据手套技术,实现自动换刀装置的手动虚拟装配及运动仿真;(5)基于Vega Prime视景仿真软件,采用VC++作为开发工具,构建了教学系统的三维虚拟场景,具有较好的沉浸感和真实感,取得了良好的立体效果。(6)分析并研究了三维立体显示的原理,完成了立体显示功能,并成功接入空间定位器、数据手套与立体眼镜等虚拟现实外设,使使用者真正置身于虚拟自动换刀装置教学系统的三维场景中,实现了虚拟现实的沉浸效果。本课题基于虚拟现实技术,完成了“自动换刀装置虚拟教学子系统的研究与开发”,该系统具有逼真的三维场景,实现了虚拟现实的沉浸效果,支持数据手套和键盘鼠标响应等多种交互方式,能够使用VC++进一步开发教学研究仿真功能,提高了系统的教学适用性。本课题的创新之处在于:首先,将Solid Works与Creator相结合,实现了机械产品在虚拟环境中的快速、精确建模;其次,根据虚拟系统的不同需求,研发了两种机械模型虚拟现实表达方法:(1)采用Deep Exploration软件能够快速实现机械模型的拆卸,适用于教学过程模型拆卸的动画演示;(2)探索了采用VP和VC++实现虚拟装配和运动仿真的方法,为系统的二次开发留下接口。
【关键词】：换刀装置 虚拟装配 Deep Exploration 碰撞检测 数据手套 立体显示
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659;TP311.52
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 课题的来源和意义12
• 1.2 虚拟现实技术和虚拟教学实验室的发展状况12-14
• 1.2.1 虚拟现实技术的发展状况12-13
• 1.2.2 虚拟教学实验室在国内外的发展状况13-14
• 1.3 虚拟现实教学系统的优势14-16
• 1.4 主要研究开发内容和技术难点及其解决方案16-17
• 1.4.1 主要研究开发内容16
• 1.4.2 技术难点及其解决方案16-17
• 1.5 本课题所承担的任务17-18
• 2 虚拟教学实验系统功能分析及实施方案18-26
• 2.1 虚拟教学实验系统的功能组成18-20
• 2.1.1 系统功能组成概述18-19
• 2.1.2 系统硬件结构组成19-20
• 2.2 虚拟实验教学系统技术要求20-21
• 2.2.1 软件系统平台技术要求20
• 2.2.2 动画展示模块技术要求20-21
• 2.2.3 手动装配模块技术要求21
• 2.2.4 运动仿真模块技术要求21
• 2.3 虚拟实验教学系统的实施方案论证21-24
• 2.3.1 三维几何建模工具选择21-22
• 2.3.2 三维视景开发软件选择22
• 2.3.3 仿真软件开发环境的选择22-23
• 2.3.4 系统总体架构23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 3 建立高速数控自动换刀装置虚拟对象模型26-40
• 3.1 整体结构设计26-28
• 3.1.1 刀库形式的选择26
• 3.1.2 刀库与机械手结构的设计26-28
• 3.2 各个模块的设计与建模28-36
• 3.2.1 刀库外壳的设计与建模28
• 3.2.2 机械手安装轴承座设计与建模28-29
• 3.2.3 机械手组件设计与建模29-30
• 3.2.4 凸轮组件设计与建模30-33
• 3.2.5 蜗轮蜗杆组件的设计与建模33-34
• 3.2.6 蜗轮轴承座组件设计与建模34-35
• 2.2.7 刀盘组件设计与建模35
• 3.2.8 其他零部件的设计与建模35-36
• 3.3 自动换刀装置整体装配36
• 3.4 虚拟建模36-39
• 3.4.1 模型转换37
• 3.4.2 模型优化37-38
• 3.4.3 运动分析与DOF节点创建38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 自动换刀装置拆装动画制作原理与应用40-52
• 4.1 软件选择40
• 4.2 动画制作理论原则40-42
• 4.2.1 拆装动画的简化40
• 4.2.2 最优视点理论40-42
• 4.2.3 部件出现与隐藏42
• 4.3 动画制作42-50
• 4.3.1 模型编辑和外观渲染42-44
• 4.3.2 换刀装置拆装动画44-49
• 4.3.3 换刀装置部件展示动画49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 5 虚拟手动拆装与运动仿真52-82
• 5.1 虚拟装配系统设计思路52-55
• 5.2 数据手套技术研究55-63
• 5.2.1 虚拟手的结构与建模56-58
• 5.2.2 数据手套的接入与校准58-60
• 5.2.3 基于数据手套和位置跟踪器的虚拟手操作60-63
• 5.3 碰撞检测技术研究63-64
• 5.4 目标拾取技术研究64-65
• 5.5 立体显示技术研究65-67
• 5.5.1 双目立体视觉原理65-66
• 5.5.2 立体显示功能实现66-67
• 5.5.3 获取三维视觉效果67
• 5.6 拆装子程序67-73
• 5.6.1 结构程序分类67-68
• 5.6.2 结构程序编制68-71
• 5.6.3 模块程序编制71-73
• 5.7 运动仿真73-80
• 5.7.1 自动换刀过程运动分析73-76
• 5.7.2 自动换刀动作的编程实现76-80
• 5.8 本章小结80-82
• 6 结论和展望82-84
• 6.1 结论82-83
• 6.2 展望83-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-90
• 攻读学位期间发表的学术论文目录90-91

【参考文献】

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本文编号：821794