基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的減速器裝配仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

王玥

摘? ?要：近年來(lái)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)行業(yè)開始引入了此項(xiàng)技術(shù)。通過(guò)大量事實(shí)的驗(yàn)證得出，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)電一體化仿真系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，工作效率得到明顯的提升，人力、物力成本也得到了明顯的降低。為了更好地將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械領(lǐng)域當(dāng)中，文章以減速器裝配為研究對(duì)象，提出了一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的減速器裝配仿真的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);機(jī)電一體化;減速器;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著虛擬（Virtual Reality，VR）現(xiàn)實(shí)“元年”的到來(lái)，各行各業(yè)紛紛開始投入到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究行列的大軍之中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)給的生產(chǎn)方式和生活方式帶來(lái)了巨大的變革。在軍事、醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用效果有目共睹，為了更好地將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械領(lǐng)域當(dāng)中，本文以減速器裝配為研究對(duì)象，提出了一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的減速器裝配仿真的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想。

1? ? 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)概述

VR技術(shù)是近年來(lái)非常熱門的一種技術(shù)，早在20世紀(jì)80年代就被提出了，主要是借助電腦生成一種高度仿真并可與之進(jìn)行互動(dòng)的三維場(chǎng)景空間，用戶借助相關(guān)的可穿戴VR設(shè)備就可以進(jìn)入虛擬的三維場(chǎng)景空間，以聽覺、視覺等感官來(lái)感受三維場(chǎng)景空間中的環(huán)境，并可以與之進(jìn)行肢體動(dòng)作或場(chǎng)景內(nèi)容的交互，以達(dá)到模擬現(xiàn)實(shí)的效果。

VR主要包括環(huán)境的模擬、身體感知、自然技能、傳感設(shè)備等幾個(gè)組成部分。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)嚴(yán)格意義上來(lái)講，它是一種構(gòu)建、體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，利用電腦生成一種模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該虛擬環(huán)境中。除了使用計(jì)算機(jī)相關(guān)的技術(shù)外，還應(yīng)用了仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)，這是一個(gè)綜合性的、富有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。

2? ? 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的減速器裝配仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? 減速器裝配仿真系統(tǒng)的組成

本仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)由相關(guān)的顯示設(shè)備、交互設(shè)備以及數(shù)據(jù)層等3個(gè)部分組成，顯示設(shè)備主要包括多通道的LED顯示器、投影設(shè)備以及穿戴式顯示設(shè)備。交互設(shè)備主要由動(dòng)作捕捉服務(wù)器和手持控制器組成。數(shù)據(jù)層設(shè)備主要由相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、視頻交換處理設(shè)備等組成。數(shù)據(jù)是減速器裝配仿真系統(tǒng)的最基礎(chǔ)、最重要的部分，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的相關(guān)處理，系統(tǒng)的輸入/輸出（Input/Output，I/O）兩個(gè)端口產(chǎn)生與之相匹配的信息，將系統(tǒng)的各部分統(tǒng)一連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)減速器裝配仿真系統(tǒng)功能。

在軟件方面，要選擇適合本系統(tǒng)所用的開發(fā)平臺(tái)、三維建模軟件等。為了滿足減速器在系統(tǒng)中的自動(dòng)拆裝、交互裝配以及相關(guān)零件檢測(cè)的要求，本系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)5個(gè)層面，即應(yīng)用系統(tǒng)層、專業(yè)模塊層、平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層、接口層。為此，系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)的選擇非常重要，本文準(zhǔn)備選擇Unity3D作為本系統(tǒng)的開發(fā)工具，在三維建模方面準(zhǔn)備選擇UG作為本系統(tǒng)的三維建模工具，選擇3Ds Max軟件作為開發(fā)工具和三維建模之間的對(duì)接平臺(tái)。

2.2? 減速器裝配仿真系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)

減速器裝配仿真系統(tǒng)的整體框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.3? 減速器裝配仿真系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

為了能夠?qū)崿F(xiàn)減速器裝配仿真系統(tǒng)所需的功能，經(jīng)過(guò)分析研究，確定其功能模塊設(shè)置如圖2所示。

2.4? 減速器裝配仿真系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

2.4.1? 減速器模型的制作

減速器裝配所需配件的三維模型全部使用UG軟件來(lái)制作完成，UG軟件的強(qiáng)大功能之一就是快速、高效地建模。本系統(tǒng)所需的全部構(gòu)件三維模塊需要提前使用UG軟件，這是本仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本元素。

2.4.2? 裝配模型的導(dǎo)入

從裝配模型的文件格式來(lái)看，UG軟件生成的文件類型不能直接導(dǎo)入到Unity3d軟件中，所以需要借助中間軟件3Ds Max的轉(zhuǎn)換，比如將UG軟件生成的STL文件導(dǎo)入3Ds Max后，再另存為FBX文件，這樣就可以使用Unity3d軟件打開了。

2.4.3? 系統(tǒng)界面的制作

系統(tǒng)界面是操作用戶和系統(tǒng)進(jìn)行溝通交互的直接平臺(tái)，所以，在設(shè)計(jì)用戶登錄界面時(shí)要充分考慮到操作的簡(jiǎn)易性、舒適性以及交互性。登錄界面中的相關(guān)用戶信息需要借助代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)賬號(hào)和密碼的驗(yàn)證。

2.4.4? 減速器裝配仿真系統(tǒng)的發(fā)布

上述所有步驟的工作完成后，本文提出的減速器裝配仿真系統(tǒng)就可以在Windows平臺(tái)上發(fā)布，由于本文提出的仿真系統(tǒng)平臺(tái)主要是在電腦終端上實(shí)現(xiàn)的，所以只需要發(fā)布在微軟的操作平臺(tái)上即可。

3? ? 減速器裝配仿真系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

3.1? 整體框架的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

減速器裝配仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)實(shí)訓(xùn)類的實(shí)驗(yàn)來(lái)完成，所以，此仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)主要是實(shí)訓(xùn)類相關(guān)實(shí)驗(yàn)，目的主要是讓學(xué)生通過(guò)虛擬裝配實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證自行設(shè)計(jì)的減速器相關(guān)配件在裝配過(guò)程中是否有設(shè)計(jì)不合理的地方，如果有，重新再進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)出的減速器配件能在實(shí)際中進(jìn)行應(yīng)用。裝配實(shí)驗(yàn)框架主要包括：軸I裝配過(guò)程、軸II裝配過(guò)程和整體裝配過(guò)程。

3.2? 減速器裝配順序的規(guī)劃設(shè)計(jì)

減速器裝配順序的次序規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)減速器裝配環(huán)節(jié)來(lái)講是非常重要的。裝配順序的規(guī)劃需要考慮現(xiàn)實(shí)安裝的邏輯習(xí)慣，然后再按照各零部件的正確安裝順序，進(jìn)行所有裝配路徑次序的規(guī)劃設(shè)計(jì)。整個(gè)裝配流程包括：軸I裝配的過(guò)程、軸II裝配的過(guò)程和整體裝配的全過(guò)程，共3個(gè)虛擬裝配場(chǎng)景。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文在了解了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之后，提出了一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的減速器裝配仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。由于作者水平及能力等各種原因，本文僅提出了構(gòu)建減速器裝配仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，并未進(jìn)行深入的開發(fā)和驗(yàn)證，后續(xù)還需要繼續(xù)努力，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的減速器裝配仿真系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)踐應(yīng)用。

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