本文關(guān)鍵詞：基于約束的力反饋虛擬裝配培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 虛擬裝配培訓(xùn) 力反饋 約束 物理引擎

【摘要】：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引擎用來創(chuàng)造物理環(huán)境,提出裝配約束的設(shè)計(jì)來輔助裝配,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)造一佃物理環(huán)境,提高虛擬環(huán)境在視覺方面的真實(shí)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)仿真可以用來測試是否正確裝配。和CAD軟件中常見的機(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)鍵盤的虛擬裝配相比,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,對(duì)現(xiàn)有的裝配順序作出改變。同時(shí),拆卸過程也是零件自動(dòng)記錄約束信息的過程；3)除了顯示模塊和物理引擎模塊,系統(tǒng)中其它所有的功能都是可以關(guān)閉的。這種“掛件”系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路可以減少進(jìn)程在運(yùn)行中的內(nèi)存消耗和CPU的運(yùn)算。
【關(guān)鍵詞】：虛擬裝配培訓(xùn) 力反饋 約束 物理引擎
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG95;TP391.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景以及研究意義10-13
• 1.2 虛擬裝配系統(tǒng)的發(fā)展13
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及問題13-19
• 1.3.1 虛擬裝配系統(tǒng)回顧13-16
• 1.3.2 物理引擎在裝配中的作用16-17
• 1.3.3 裝配培訓(xùn)以及評(píng)價(jià)17-19
• 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新19-22
• 1.4.1 課題的主要研究內(nèi)容19-21
• 1.4.2 研究的主要?jiǎng)?chuàng)新21-22
• 第二章 基于約束的力反饋虛擬裝配培訓(xùn)系統(tǒng)框架及開發(fā)22-34
• 2.1 硬件組成22-23
• 2.2 軟件配置23-28
• 2.2.1 顯示平臺(tái)23-24
• 2.2.2 開發(fā)環(huán)境24-28
• 2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)28-29
• 2.3.1 系統(tǒng)框架28-29
• 2.3.2 數(shù)據(jù)通信29
• 2.4 Virtools引擎的模塊開發(fā)29-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 基于約束的力反饋虛擬裝配系統(tǒng)34-54
• 3.1 裝配培訓(xùn)系統(tǒng)流程34-35
• 3.2 物理引擎的使用35-38
• 3.2.1 物理引擎中常見模塊36-38
• 3.3 約束的設(shè)計(jì)38-40
• 3.3.1 約束的定義和信息記錄38-39
• 3.3.2 約束信息的優(yōu)化39-40
• 3.4 約束的設(shè)計(jì)40-46
• 3.4.1 移動(dòng)約束的設(shè)計(jì)40-44
• 3.4.2 轉(zhuǎn)動(dòng)約束的設(shè)計(jì)44-46
• 3.5 力/力矩反饋設(shè)計(jì)46-49
• 3.5.1 引入力反饋的問題研究46-47
• 3.5.2 力的計(jì)算47-49
• 3.6 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真49-50
• 3.7 本章小結(jié)50-54
• 第四章 其他功能掛件54-62
• 4.1 裝配序列生成掛件54-56
• 4.2 其它功能掛件56-60
• 鏡頭控制掛件56-57
• 模型整體移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)掛件57
• 多視口掛件57-58
• 改變參數(shù)掛件58
• 路徑導(dǎo)航掛件58-59
• 數(shù)據(jù)記錄和分析掛件59-60
• 4.3 本章小節(jié)60-62
• 第五章 總結(jié)與展望62-66
• 5.1 論文總結(jié)62-64
• 5.1.1 論文研究內(nèi)容總結(jié)62-63
• 5.1.2 創(chuàng)新性總結(jié)63-64
• 5.2 展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文70-72
• 致謝72

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 賀子杏;鄧樂;;六自由度力反饋操縱桿研究[J];礦山機(jī)械;2008年15期

2 ;P2500 Rumble力反饋游戲手柄[J];電腦自做;2006年12期

3 alfa;;賽鈦客Saitek R440力反饋方向盤[J];電腦自做;2006年12期

4 ;游戲·硬件也發(fā)燒[J];上海微型計(jì)算機(jī);1999年21期

5 于會(huì)永;張傳新;王志千;馬建偉;劉從平;;應(yīng)用液力反饋泵的稠油井加重桿桿徑設(shè)計(jì)[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2012年18期

6 ;[J];;年期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李峰;賈慶軒;孫漢旭;阮瑞卿;高欣;;自行車仿真器力反饋技術(shù)的研究[A];中國系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)第五次全國會(huì)員代表大會(huì)暨2006年全國學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

2 孫中圣;包鋼;李小寧;;影響數(shù)據(jù)手套力反饋的因素分析[A];第五屆全國流體傳動(dòng)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議暨2008年中國航空學(xué)會(huì)液壓與氣動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

3 鄧樂;趙丁選;倪濤;;力反饋操縱裝置關(guān)鍵技術(shù)與電液伺服2DOF力反饋操縱桿設(shè)計(jì)[A];第五屆全國流體傳動(dòng)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議暨2008年中國航空學(xué)會(huì)液壓與氣動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 田耘;感受極速動(dòng)感[N];中國計(jì)算機(jī)報(bào);2002年

2 ;賽車玩家好東東： 羅技MOMO力反饋天駒再現(xiàn)市場[N];中國計(jì)算機(jī)報(bào);2003年

3 河南 閆書強(qiáng);暑期大餐[N];電腦報(bào);2004年

4 本報(bào)記者 周芹 張亦筑;服務(wù)機(jī)器人與我們的生活如影隨形[N];重慶日?qǐng)?bào);2013年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 Syed Amjad Ali（阿姆扎德）;機(jī)器人手術(shù)中的力反饋[D];北京理工大學(xué);2014年

2 方紅根;基于力反饋數(shù)據(jù)手套的多指靈巧手主從控制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 張建業(yè);力反饋主手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)若干關(guān)鍵問題研究[D];天津大學(xué);2013年

4 鄧樂;電液力反饋操縱桿及其雙向伺服控制技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2007年

5 陳鐵華;六自由度力反饋雙向伺服控制策略研究[D];吉林大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胡海樺;多自由度力反饋技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2015年

2 宋樊;并聯(lián)力反饋手控器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2014年

3 姜偉;基于約束的力反饋虛擬裝配培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

4 鄭明達(dá);基于力反饋器的射擊游戲系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D];西南交通大學(xué);2010年

5 杜榮輝;基于虛擬現(xiàn)實(shí)的力反饋系統(tǒng)建模及穩(wěn)定性研究[D];燕山大學(xué);2011年

6 李佳佳;基于工業(yè)應(yīng)用的六自由度力反饋器的機(jī)構(gòu)研究與應(yīng)用研究[D];北京印刷學(xué)院;2011年

7 李俊佑;基于時(shí)間約束和力反饋的速度—準(zhǔn)確率權(quán)衡研究[D];浙江大學(xué);2012年

8 李峰;自行車仿真器中力反饋技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];北京郵電大學(xué);2007年

9 姜運(yùn)祥;力反饋主手設(shè)計(jì)及主從操作技術(shù)研究[D];燕山大學(xué);2014年

10 石玉穎;基于力反饋的形變建模及虛擬柔體變形技術(shù)[D];天津大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：753534