【摘要】：傳統(tǒng)虛擬零件加工教學(xué)系統(tǒng)的人機(jī)交互方式大多數(shù)為桌面式教學(xué)系統(tǒng),用戶通過使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊用戶界面,將用戶指令輸入教學(xué)系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)指令做出反饋的方式完成加工過程。這種交互方式使學(xué)員和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成為兩個(gè)獨(dú)立的個(gè)體,沉浸感較差,學(xué)員無法體驗(yàn)真實(shí)的機(jī)床操作的感覺,從而不能達(dá)到想要的效果。為了解決上述問題,本文提出采用可使沉浸感加強(qiáng)的沉浸式頭盔顯示器來提高教學(xué)系統(tǒng)的沉浸感,借助數(shù)據(jù)手套進(jìn)行人機(jī)交互,人手做出的手勢通過傳感器傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi),控制虛擬手操作機(jī)床。具體的研究工作如下:首先,對(duì)箱體零件虛擬加工教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行需求及結(jié)構(gòu)分析,根據(jù)需求分析進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì),選擇系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái),對(duì)系統(tǒng)中進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)交互的硬件設(shè)備進(jìn)行簡單介紹。其次,分析箱體零件加工工藝特點(diǎn),針對(duì)其工藝特點(diǎn)制定加工工藝流程,針對(duì)該工藝流程分析應(yīng)該使用何種機(jī)床、刀具、夾具。對(duì)所需立式銑床、臥式銑床、鉆床、鏜床等機(jī)床及其刀具、夾具進(jìn)行幾何建模與優(yōu)化,根據(jù)工藝流程放置機(jī)床位置,形成箱體零件加工生產(chǎn)線。第三,交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì),根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下箱體零件加工特點(diǎn)及系統(tǒng)功能需求的分析,結(jié)合數(shù)據(jù)手套與HTC Vive頭盔的優(yōu)勢,設(shè)計(jì)了一套人機(jī)交互手勢,在系統(tǒng)中由虛擬手替代真實(shí)手與虛擬物體進(jìn)行交互,實(shí)現(xiàn)加工過程。最后,構(gòu)建一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的箱體零件虛擬加工教學(xué)系統(tǒng)。分析教學(xué)系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù),包括碰撞檢測技術(shù),手勢識(shí)別技術(shù)等,分析系統(tǒng)交互過程中遇到的虛擬手與零件干涉問題的解決方案,對(duì)用戶活動(dòng)范圍較小及如何準(zhǔn)確放置模型的方法進(jìn)行研究,并提出相關(guān)解決方案,設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面,闡述視頻播放功能、語音提示功能及仿真運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本課題的研究成果對(duì)以后此類項(xiàng)目有很大的借鑒意義,對(duì)學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)箱體零件的加工及相關(guān)機(jī)床的操作具有很大的教育意義,一定程度上解決了高校設(shè)備不足的問題。
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH16
【圖文】：

2.2 虛擬加工教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及開發(fā)流程2.2.1 虛擬加工教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是基于 Unity 3D 開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的箱體零件虛擬加工教學(xué)系統(tǒng)，借助 Unity 3D內(nèi)置特有技術(shù)，如場景搭建、碰撞器技術(shù)及程序腳本等，以 CA6140 車床溜板箱箱體零件虛擬加工為例，開發(fā)一套具有箱體零件虛擬加工從毛坯到成品全過程的教學(xué)系統(tǒng)，包括：加工工藝制定，立式銑床、臥式銑床、鉆床、鏜床的加工操作過程，相關(guān)刀具的選擇等內(nèi)容。該教學(xué)系統(tǒng)可將學(xué)生課上所學(xué)有關(guān)機(jī)械加工工藝的理論知識(shí)、刀具選擇知識(shí)、夾具選擇知識(shí)融入其中，通過操作該系統(tǒng)，學(xué)生可將相關(guān)知識(shí)串聯(lián)在一起，直至融匯貫通。此外，該系統(tǒng)通過將 Unity 3D 開發(fā)平臺(tái)與先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備 HTC Vive 頭盔顯示器相連，借助 Miiglove 數(shù)據(jù)手套進(jìn)行人機(jī)交互，可使學(xué)生身臨其境。該教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架，如圖 2.1 所示。

圖 2.2 虛擬加工教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)流程軟件平臺(tái)選擇工教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)過程主要在虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái)中進(jìn)行，其中包括編果的調(diào)試等。目前，主流開發(fā)平臺(tái)主要有 Unity 3D、虛幻引擎（UnreaQusest 3D、VRP 等。UE 是一款極為出色的開發(fā)工具，其特點(diǎn)是展格唯美，極其適合展示建筑或內(nèi)裝。使用 C++開發(fā)，加載時(shí)間較長，est 3D 偏重面向建筑領(lǐng)域，更側(cè)重于讓設(shè)計(jì)人員簡單快速搭建虛擬建一款國內(nèi)公司自主研發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，該平臺(tái)主要面向三維美工需要程序員參與，美工根據(jù)自己的理解方式能夠很快制作出自己的虛平臺(tái)中前兩種平臺(tái)支持 HTC Vive 和 Oculus Rift 等虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)用 C#和 JavaScript 兩種編程方式，編程人員自行編制插件上傳至插

圖 2.3 車間整體場景實(shí)交互硬件設(shè)備 Vive 頭盔顯示器ive 是由 HTC 公司與 Valve 公司聯(lián)合開發(fā)的一款虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示 VR 設(shè)備之一，主要由 VR 頭戴設(shè)備、無線 VR 控制手柄和空間球首款完整虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)[37]。該頭盔通過精確追蹤技術(shù)，超逼真用戶打造超乎想象的真實(shí)體驗(yàn)。Vive 頭戴式設(shè)備具有可調(diào)式頭帶鼻部襯墊，提高頭盔舒適度，前置攝像頭，可以讓用戶觀看現(xiàn)實(shí)世器可以 360°定位覆蓋，同時(shí)支持無線同步技術(shù)，為用戶體驗(yàn)的極致現(xiàn)實(shí)設(shè)備頭盔現(xiàn)實(shí)器如圖 2.4 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2778068