基于約束的力反饋虛擬裝配培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、本課題設(shè)計(jì)了一種新的基于約束的力反饋虛擬裝配培訓(xùn)系統(tǒng)。系統(tǒng)使用Virtools引擎作為顯示引擎，Havok引擎用來(lái)創(chuàng)造物理環(huán)境，提出裝配約束的設(shè)計(jì)來(lái)輔助裝配，并使用力反饋器作為人機(jī)交互設(shè)備。裝配培訓(xùn)系統(tǒng)中主要有4個(gè)核心模塊:1）物理引擎模塊;2）約束模塊;3）力反饋模塊;4）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模塊。物理引擎可以輕易的創(chuàng)造一個(gè)物理環(huán)境，提高虛擬環(huán)境在視覺(jué)方面的真實(shí)性。提出基于約束的裝配來(lái)解決將物理引擎引入虛擬裝配中帶來(lái)的問(wèn)題，即物理引擎難以處理

2、有插入的裝配。同時(shí)，約束的引入，使得在空間裝配中，不需要準(zhǔn)確感知零件在三維空間中的深度，在處理有插入的裝配時(shí)，縮減了裝配培訓(xùn)時(shí)間，提高了裝配培訓(xùn)效率。為了解決物理引擎的運(yùn)算速度(～100Hz)遠(yuǎn)低于力渲染的更新頻率(～1000Hz)。采用異步通信的方式，通過(guò)共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的數(shù)據(jù)通信。力的計(jì)算分為重力，碰撞檢測(cè)力以及約束力。重力計(jì)算的由零件的包圍盒大小決定。使用彈簧質(zhì)點(diǎn)模型來(lái)進(jìn)行碰撞時(shí)力的大小計(jì)算，主要變量為碰撞后力反饋器的真實(shí)位置和

3、光標(biāo)顯示位置之間距離以及力反饋器手柄移動(dòng)速度。約束力分為移動(dòng)約束力和轉(zhuǎn)動(dòng)約束力矩。移動(dòng)約束力又分為滑動(dòng)約束力和銷釘約束力。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真可以用來(lái)測(cè)試是否正確裝配。和CAD軟件中常見(jiàn)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真相比，在裝配培訓(xùn)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)仿真有力的反饋，增強(qiáng)了與虛擬環(huán)境的交互性。除了裝配培訓(xùn)系統(tǒng)中的核心模塊，還通過(guò)多個(gè)掛件豐富了系統(tǒng)的功能。
　　本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于:
　　1）設(shè)計(jì)了基于約束的力反饋虛擬裝配培訓(xùn)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)基于鼠標(biāo)鍵盤(pán)的虛擬裝

4、配相比，使用力反饋器進(jìn)行交互提高交互的真實(shí)感。相比于傳統(tǒng)的基于約束的虛擬裝配，三角面片模型的創(chuàng)建和物理引擎實(shí)現(xiàn)了快速碰撞檢測(cè)和模擬更真實(shí)的虛擬環(huán)境，大大增加了虛擬環(huán)境視覺(jué)真實(shí)性。相比于單一的物理碰撞虛擬裝配系統(tǒng)，約束的引入又在盡可能不影響顯示真實(shí)性的情況下大大提高了裝配的效率;
　　2）基于拆卸的裝配序列生成方法。操作人員不僅可以根據(jù)拆卸的順序得到初始的裝配順序。同時(shí)，可以根據(jù)動(dòng)畫(huà)，對(duì)現(xiàn)有的裝配順序作出改變。同時(shí)，拆卸過(guò)程也是零件