、工藝路線等過程進行信息保存或調(diào)出裝配動畫文件指導現(xiàn)場裝配或教學。
[0020]本方法采用虛擬現(xiàn)實現(xiàn)實屏幕向裝配工人實時顯示裝配狀態(tài)。本方法完成虛擬場景與實際裝配動作相結合的訓練過程是基于肢體動作與力學行為采集的機械裝備訓練系統(tǒng)及虛擬裝配場景軟件實現(xiàn)。
[0021 ] A、對機械裝備的裝配界面進行歸類分析:
1.螺栓力矩類界面；
2.搬運放置類界面；
3.軸線對中類界面；
4.螺紋攻絲類界面；
5.油污清理類界面；
6.記號采集類界面；
7.縫隙檢查類界面；
8.油脂涂抹類界面；
9.重力支撐類界面；
10.管路線路連接類界面。
[0022]B、確定每一類的裝配界面所需要采集的力學信號、位移信號和角度信號，明確相應的傳感器，給出信號采集和通訊方案:
1.螺栓力矩類界面與信號采集扳手信號采集傳感器；
力矩扳手信號采集傳感器；
螺栓方位控制信號采集傳感器；
2.搬運放置類界面與信號采集吊帶綁縛信號采集傳感器； 吊鉤安裝信號采集傳感器；
吊運信號采集傳感器；
對齊信號采集傳感器；
水平測量信號采集傳感器；
3.軸線對中類接口與信號采集傳感器
4.螺紋攻絲類界面與信號采集外螺紋校驗信號采集傳感器；
內(nèi)螺紋校驗信號采集傳感器；
5.油污清理類界面與信號采集油污清理信號采集傳感器；
鐵肩清理信號采集傳感器；
毛刺清理信號采集傳感器；
6.記號采集類界面與信號采集編號過程信號采集傳感器；
重要標識標記過程信號采集傳感器；
檢驗記號涂抹過程信號采集傳感器；
7.縫隙檢查類界面與信號采集
齒輪嚙合間隙檢驗信號采集傳感器；
平面配合檢驗信號采集傳感器；
跳動度檢驗信號采集傳感器；
8.油脂涂抹類界面與信號采集防銹漆涂裝過程信號采集傳感器；
潤滑脂涂抹過程信號采集傳感器；
9.重力支撐類界面與信號采集千斤頂支撐和調(diào)整信號采集傳感器；
裝配工裝放置和調(diào)整信號采集傳感器；
10.管路連接類界面與信號采集銅管彎轉(zhuǎn)過程信號采集傳感器；
管螺紋對接過程信號采集傳感器；
裝配工人按機械裝備裝配工藝手冊指導開始進行裝配訓練時，首先啟動界面裝配訓練系統(tǒng)軟件，通過菜單或控件選擇要訓練的裝配步驟;系統(tǒng)根據(jù)裝配步驟要求驅(qū)動對應裝配界面的機械裝置及其傳感系統(tǒng)達到指定空間位置開始準備接收來自裝配工人的肢體動作和力學行為信號；裝配工人通過裝配鉗工工具或裝配機械按照裝配技術要求對其進行裝配。裝配界面上傳感系統(tǒng)采集到的力學和位移信號實時傳遞給上位計算機。
[0023]C、按照系統(tǒng)總體設計、裝配界面歸類分析、信號采集和通訊方案設計的步驟，開發(fā)基于肢體動作和力學行為采集的機械裝備裝配訓練系統(tǒng)及虛擬裝配場景軟件。
[0024]圖3中，在CAD建模環(huán)境中，完成機械裝備零件及鉗工工具建模。通過定義配合約束關系，將這些零件組裝在一起得到界面的裝配模型。該建模裝配過程只考慮機械裝備中零部件的裝配位置和約束關系，裝配順序、裝配操作等過程暫不考慮。
[0025]在虛擬裝配規(guī)劃環(huán)境中，建立基于幾何約束的虛擬裝配環(huán)境和裝配過程。裝配工人根據(jù)裝配工藝手冊和經(jīng)驗在裝配界面進行交互裝配與拆卸，虛實結合完成真實裝配操作。裝配界面上的力學和位移傳感器，實時采集裝配界面上的力、力矩、位移等信號，并將信號傳遞給上位計算機，其中上位計算機接收傳感信號，發(fā)出驅(qū)動信號給虛擬裝配場景，展現(xiàn)完成狀態(tài)的虛擬裝配場景。系統(tǒng)自動記錄裝配方向、裝配工具、螺紋攻絲、油污清理、重要記號標記、油漆涂抹等實際裝配中應有的操作以及優(yōu)先約束等信息。考慮碰撞干涉和工具操作空間限制等因素，對裝配順序和路徑進行規(guī)劃、評價和優(yōu)化，最后生成經(jīng)濟、合理、實用的裝配方案。
[0026]在裝配教學環(huán)境中，裝配工人可以先在虛擬環(huán)境中進行裝配任務培訓，充分熟悉機械裝備的裝配過程，然后再進行機械裝備的實際裝配。根據(jù)虛擬裝配規(guī)劃得到的優(yōu)化裝配方案，生成指導現(xiàn)場的工藝文件，開發(fā)出虛擬裝配示教軟件，仿真機械裝備的動態(tài)裝配過程，指導裝配人員進行實際裝配。
[0027]CAD接口:CAD系統(tǒng)輸出的機械裝備模型導入虛擬環(huán)境，提取幾何、拓撲和裝配關系信息。虛擬裝配(VA)接口:虛擬環(huán)境下交互式規(guī)劃得到機械裝備的優(yōu)化裝配方案，相關的裝配順序、裝配路徑、工藝路線等過程信息應從虛擬環(huán)境中輸出，輸入到培訓和示教模塊，一方面用來生成裝配動畫文件指導現(xiàn)場裝配，另一方面生成裝配工藝文件。
[0028]D、設計裝配界面的支架結構，設計裝配界面的空間驅(qū)動方案。
[0029]所有裝配界面均布置和安裝于一個訓練臺框架結構上，在框架結構的一側(cè)布置裝配所需的鉗工工具箱，把裝有傳感器的真實裝配鉗工工具按編號放置好。框架結構的另一側(cè)為虛擬裝配場景顯示屏幕。系統(tǒng)啟動后，裝配工人可以先完成機械裝備各部件的裝配后再進行整機裝配。裝配工人在虛擬裝配訓練系統(tǒng)選擇要訓練的裝配步驟，系統(tǒng)彈出該裝配步驟涉及零件的虛擬模型，并置于虛擬場景;虛擬裝配訓練系統(tǒng)根據(jù)該裝配步驟要求發(fā)送控制信號給伺服驅(qū)動裝置，驅(qū)動該零件對應的裝配界面運行到指定的空間位置。
[0030]E、將裝配界面及其空間驅(qū)動裝置、觸感系統(tǒng)集成安裝于支架結構，建立傳感系統(tǒng)與上位計算機進行通訊聯(lián)接，完成上位計算機采集的力學、位移信號與機械裝備虛擬訓練系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，即完成基于裝配界面的機械裝備裝配訓練裝置的集成開發(fā)。隨后進行該裝置的試制、調(diào)試與校準。
[0031 ]綜上所述，本發(fā)明很好的解決了以往所存在的問題，利于推廣應用。
【主權項】
1.基于裝配界面的機械裝備裝配訓練方法，其特征在于:受訓工人通過機械裝備的虛擬裝配場景與實際裝配行為相結合的方式，完成機械裝備的裝配步驟實訓、裝配工具使用培訓及鉗工工藝培訓;該方法采用虛擬現(xiàn)實屏幕顯示機械裝備的裝配場景、選擇機械裝備的裝配步驟、確認機械裝備及其零部件的當前空間位置；由專門的機械裝置及其傳感系統(tǒng)模擬的機械裝備裝配界面，接受和測量受訓人員的肢體動作和力學行為，將測得數(shù)據(jù)傳遞給上位計算機，經(jīng)上位計算機反饋給機械裝備的虛擬裝配場景。2.根據(jù)權利要求1所述的基于裝配界面的機械裝備裝配訓練方法，其特征在于:所謂裝配界面是指機械裝備上用于接受來自于裝配工人的肢體動作、力學行為或裝配工具的力、力矩的零部件。3.根據(jù)權利要求1所述的基于裝配界面的機械裝備裝配訓練方法，其特征在于:所述裝配訓練方法具體步驟如下: a、裝配工人開始裝配訓練時，首先調(diào)出機械裝備虛擬裝配系統(tǒng)，通過控件或菜單選擇需要訓練的裝配步驟，系統(tǒng)調(diào)用和驅(qū)動相應裝配界面的機械裝置達到指定空間位置并開始接受來自于裝配工人的肢體動作和力學行為； b、裝配工人徒手或運用鉗工工具、裝配工具，按照機械裝備的裝配技術要求對裝配界面進行裝配動作，并對裝配界面發(fā)出適當?shù)牧Α⒘睾臀灰疲诉^程裝配工人完成的是真實裝配動作； c、裝配工人在裝配訓練時，通過視覺觀察虛擬裝配場景顯示屏幕上的零部件空間位置變化并確認當前裝配步驟是否完成； d、裝配工人在裝配訓練時，安裝于裝配界面上的力、力矩和位移物理量感知傳感器實時采集人作用于裝配界面上的力、力矩和位移物理信號，將其傳遞給上位計算機，經(jīng)上位計算機計算，即基于虛擬裝配場景軟件得到當前裝配步驟的完成情況，并將其反映到當前裝配步驟的虛擬現(xiàn)實場景，展示給裝配工人； e、裝配工人可以把每次機械裝備的裝配順序、裝配路徑、工藝路線等過程進行信息保存或調(diào)出裝配動畫文件指導現(xiàn)場裝配或教學。4.根據(jù)權利要求1所述的基于裝配界面的機械裝備裝配訓練方法，其特征在于:裝配界面的構建: 對機械裝備的裝配界面進行歸類分析； b、確定每一類的裝配界面所需要采集的力學信號、位移信號和角度信號，明確相應的傳感器，給出信號采集和通訊方案； c、按照系統(tǒng)總體設計、裝配界面歸類分析、信號采集和通訊方案設計的步驟，開發(fā)基于肢體動作和力學行為采集的機械裝備裝配訓練系統(tǒng)及虛擬裝配場景軟件； 在CAD建模環(huán)境中，完成機械裝備零件及鉗工工具建模;通過定義配合約束關系，將這些零件組裝在一起得到界面的裝配模型;該建模裝配過程只考慮機械裝備中零部件的裝配位置和約束關系，裝配順序、裝配操作等過程暫不考慮； d、設計裝配界面的支架結構，設計裝配界面的空間驅(qū)動方案； 所有裝配界面均布置和安裝于一個訓練臺框架結構上，在框架結構的一側(cè)布置裝配所需的鉗工工具箱，把裝有傳感器的真實裝配鉗工工具按編號放置好;框架結構的另一側(cè)為虛擬裝配場景顯示屏幕;系統(tǒng)啟動后，裝配工人可以先完成機械裝備各部件的裝配后再進行整機裝配;裝配工人在虛擬裝配訓練系統(tǒng)選擇要訓練的裝配步驟，系統(tǒng)彈出該裝配步驟涉及零件的虛擬模型，并置于虛擬場景;虛擬裝配訓練系統(tǒng)根據(jù)該裝配步驟要求發(fā)送控制信號給伺服驅(qū)動裝置，驅(qū)動該零件對應的裝配界面運行到指定的空間位置； e、將裝配界面及其空間驅(qū)動裝置、觸感系統(tǒng)集成安裝于支架結構，建立傳感系統(tǒng)與上位計算機進行通訊聯(lián)接，完成上位計算機采集的力學、位移信號與機械裝備虛擬訓練系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，即完成基于裝配界面的機械裝備裝配訓練裝置的集成開發(fā);隨后進行該裝置的試制、調(diào)試與校準。
【專利摘要】基于裝配界面的機械裝備裝配訓練方法,受訓工人通過機械裝備的虛擬裝配場景與實際裝配行為相結合的方式，完成機械裝備的裝配步驟實訓、裝配工具使用培訓及鉗工工藝培訓；該機械裝備裝配訓練方法與純粹的虛擬現(xiàn)實和穿戴式虛擬現(xiàn)實裝配相比，性價比高、體驗度高、使用方便、裝置結構簡潔合理，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可大面積的推廣。
【IPC分類】G09B25/02
【公開號】CN105489108
【申請?zhí)枴緾N201610031608
【發(fā)明人】馬鐵強, 張超, 孫德濱, 蘇陽陽
【申請人】沈陽工業(yè)大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月18日