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

1、本課題設(shè)計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引擎用來創(chuàng)造物理環(huán)境，提出裝配約束的設(shè)計來輔助裝配，并使用力反饋器作為人機交互設(shè)備。裝配培訓(xùn)系統(tǒng)中主要有4個核心模塊:1）物理引擎模塊;2）約束模塊;3）力反饋模塊;4）機構(gòu)運動仿真模塊。物理引擎可以輕易的創(chuàng)造一個物理環(huán)境，提高虛擬環(huán)境在視覺方面的真實性。提出基于約束的裝配來解決將物理引擎引入虛擬裝配中帶來的問題，即物理引擎難以處理

2、有插入的裝配。同時，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，縮減了裝配培訓(xùn)時間，提高了裝配培訓(xùn)效率。為了解決物理引擎的運算速度(～100Hz)遠低于力渲染的更新頻率(～1000Hz)。采用異步通信的方式，通過共享內(nèi)存實現(xiàn)進程間的數(shù)據(jù)通信。力的計算分為重力，碰撞檢測力以及約束力。重力計算的由零件的包圍盒大小決定。使用彈簧質(zhì)點模型來進行碰撞時力的大小計算，主要變量為碰撞后力反饋器的真實位置和

3、光標(biāo)顯示位置之間距離以及力反饋器手柄移動速度。約束力分為移動約束力和轉(zhuǎn)動約束力矩。移動約束力又分為滑動約束力和銷釘約束力。機構(gòu)的運動仿真可以用來測試是否正確裝配。和CAD軟件中常見的機構(gòu)運動仿真相比，在裝配培訓(xùn)系統(tǒng)中的運動仿真有力的反饋，增強了與虛擬環(huán)境的交互性。除了裝配培訓(xùn)系統(tǒng)中的核心模塊，還通過多個掛件豐富了系統(tǒng)的功能。
　　本設(shè)計的創(chuàng)新點在于:
　　1）設(shè)計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)鍵盤的虛擬裝

4、配相比，使用力反饋器進行交互提高交互的真實感。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)建和物理引擎實現(xiàn)了快速碰撞檢測和模擬更真實的虛擬環(huán)境，大大增加了虛擬環(huán)境視覺真實性。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，可以根據(jù)動畫，對現(xiàn)有的裝配順序作出改變。同時，拆卸過程也是零件