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增强现实机械装配环境中装配过程的研究

于洋  
【摘要】: 基于3D环境的纯虚拟装配系统,缺少直接的感觉反馈通道,只能给用户有限的“现实”体验,同时需要消耗大量的计算资源,难以适应复杂产品装配等环境下的复杂建模和实时交互仿真等要求。混合真实物体(如物理样机、零件、工具等)与虚拟设计对象的增强装配技术则能避免上述问题。增强现实装配技术是增强现实技术在设计与制造领域的重要应用之一,已引起工业界和研究机构越来越广泛的重视。 论文分析了增强现实装配中虚实零件装配的过程,重点研究了虚实装配方式、运动路径规划、虚实零件间碰撞检测和三维力反馈技术。 论文主要研究工作如下: 1.研究了增强现实摄像机标定技术和视觉成像技术。系统地分析了摄像机成像中图像坐标系、摄像机坐标系和世界坐标系之间的变换关系;详细剖析了基于ARToolKit的增强现实视觉成像流程、多标志物检测、多虚拟物体生成和虚实零件的装配过程,重点研究了对多种装配方式中最佳方案的选择和虚实零件运动路径规划。 2.研究了装配过程中虚实零件的碰撞检测技术。论文提出了一种新颖的碰撞检测方法--壳体检测法。根据真实零件结构和外形特点,构造出虚实零件碰撞点和区域,为其定义三维坐标,从而进行碰撞检测试验,并根据碰撞效果分析壳体检测法的可行性。 3.研究了碰撞条件下虚实零件碰撞结果与输出状态的关系,实现虚拟零件坐标的采集和反馈力的输出。在增强现实机械装配环境中,利用Falcon力反馈设备,对虚拟小球在碰撞区域内进行六个方向的碰撞测试,并输出各自产生的反馈力。 试验效果表明:基于壳体检测法的虚实碰撞检测算法,在三维力反馈软硬件技术的支持下,对于研究增强现实机械装配中的虚实碰撞效果和反馈问题,具有较好的的适用性。


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