分析刮板輸送機(jī)沉浸式虛擬裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　分析刮板輸送機(jī)沉浸式虛擬裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，虛擬裝配技術(shù)逐步被應(yīng)用于實(shí)踐。它是將傳統(tǒng)裝配工藝融入虛擬現(xiàn)實(shí)，在高度沉浸感虛擬場(chǎng)景中，按約束關(guān)系將零件模型重新定位。根據(jù)產(chǎn)品的形狀特性與精度特性，逼真地模擬產(chǎn)品三維裝配過(guò)程，并允許用戶在場(chǎng)景中進(jìn)行交互控制，以檢驗(yàn)裝配的可行性和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性。本文就刮板輸送機(jī)沉浸式虛擬裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討。 &

2、lt;/p><p>　　關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī)；沉浸式虛擬裝配；系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TH227 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　一、刮板輸送機(jī)的維護(hù)要點(diǎn) </p><p>　　要使刮板輸送機(jī)能安全運(yùn)行，就要將其最佳性能發(fā)揮出來(lái)，按照規(guī)定的要求對(duì)設(shè)備的各個(gè)零部件進(jìn)行定期維護(hù)和檢修，從而保證它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，更好的應(yīng)用到生產(chǎn)活

3、動(dòng)中去。檢修班應(yīng)該專門的維修工和司機(jī)組成，他們的主要工作內(nèi)容是對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行全面的檢測(cè)及評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題及時(shí)處理。每7d-10d對(duì)刮板輸送機(jī)的機(jī)頭、尾軸與緊鏈裝置檢查一次；每15d檢查一次操作按鈕、電動(dòng)機(jī)、磁力起動(dòng)器和電纜接線盒。具體工作要從以下幾方面開展： </p><p>　　1、每周都要進(jìn)行一次油位檢查，用油尺仔細(xì)檢查油量。用油槍注油填筑各處潤(rùn)滑點(diǎn)，當(dāng)油中的雜質(zhì)含量達(dá)到2%時(shí)，這時(shí)必須換油。此外，還要

4、確保注油量的正確，對(duì)減速器的第一、第二油室進(jìn)行分別注油。 </p><p>　　2、采完一個(gè)工作面后，還要及時(shí)檢修電動(dòng)機(jī)軸承，每隔1——2天就要進(jìn)行一次。另外，在檢修時(shí)先拆開電動(dòng)機(jī)，用洗油擦試軸承。當(dāng)洗油完全發(fā)揮，可以在軸承和軸承孔處涂上適量的潤(rùn)滑脂。 </p><p>　　3、迷宮槽的潤(rùn)滑脂可以用來(lái)密封，但是起不到潤(rùn)滑的作用。所以，使用特殊的潤(rùn)滑脂是完全沒必要的。對(duì)于鏈輪上的迷宮槽來(lái)

5、說(shuō)，可以利用裝在減速器前面的注油嘴來(lái)注入潤(rùn)滑脂，一直到新潤(rùn)滑脂溢出為止，從而起到很好的密封作用。 </p><p><b>　　二、系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì) </b></p><p>　　1、刮板輸送機(jī)模型設(shè)計(jì) </p><p>　　刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件多，主要部件由機(jī)頭部、中間部和機(jī)尾部 </p><p>　　組成。該系統(tǒng)

6、采用三維設(shè)計(jì)軟件 Por/ Engineer 按照裝配樹結(jié)構(gòu)自下而上進(jìn)行基礎(chǔ)模型建立,刮板輸送機(jī)模型組成如圖1所示。圖1既表達(dá)了實(shí)際組成裝配體的裝配順序，也體現(xiàn)了裝配體、子裝配體、零件之間的從屬關(guān)系。 </p><p>　　圖1刮板輸送機(jī)模型組成 </p><p>　　三維設(shè)計(jì)軟件Por/ Engineer繪制出的模型為三維實(shí)體模型，而虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以接受的模型為三角片面模型，需利用圖形軟

7、件3D Studio Max 進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換過(guò)程為Por/ Engineer→3D Studio Max→Visual Studio,ptr/asm→stl→osg/ive。即在Por/ Engineer中將模型輸出為三維動(dòng)畫渲染軟件3D Studio Max可以接受的stl格式，再導(dǎo)入3D Max 中，進(jìn)行材質(zhì)賦予與光線調(diào)整，模型處理完成后，再導(dǎo)出為osg/ive格式。 </p><p><b>

8、　　2、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)需求分析，搭建集成化雙通道柱幕系統(tǒng)視景平臺(tái)，該系統(tǒng)的硬件部分主要由輸入設(shè)備和輸出設(shè)備2部分組成.輸入設(shè)備包括鼠標(biāo)、鍵盤、數(shù)據(jù)手套、力反饋器、位置跟蹤器等，輸出設(shè)備包括融合顯示器、柱形投影屏幕、立體聲音響、立體頭盔、立體眼鏡等。 </p><p><b>　　3、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) </b></p&

9、gt;<p>　　系統(tǒng)以 Visual Studio為編譯平臺(tái)，基于C++語(yǔ)言,利用OSG和CEGUI開源函數(shù)庫(kù)。CEGUI是一個(gè)開放的GUI庫(kù)，這里利用其進(jìn)行系統(tǒng)界面開發(fā)。OSG是一款高性能的圖形開發(fā)庫(kù)，也是一套基于C++平臺(tái)的應(yīng)用程序接口。OSG多采用包圍體層次來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景圖形的管理，該管理方式通常采用樹狀結(jié)構(gòu)保存信息，一個(gè)場(chǎng)景樹包括一個(gè)根節(jié)點(diǎn)、多級(jí)內(nèi)部的枝節(jié)節(jié)點(diǎn)，以及多個(gè)末端的葉子節(jié)點(diǎn)。根節(jié)點(diǎn)和枝節(jié)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)構(gòu)建樹的層次

10、以及完成某些特定功，而葉子節(jié)點(diǎn)則保存了一個(gè)或多個(gè)可繪制對(duì)象的信息。 </p><p>　　三、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì) </p><p><b>　　1、模型操作模塊 </b></p><p>　　根據(jù)工作面要求，重型刮板輸送機(jī)整機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度可達(dá)幾百米。由于模型長(zhǎng)寬比較大，屏幕整機(jī)顯示并不能清楚認(rèn)識(shí)零部件的裝配與約束關(guān)系，對(duì)刮板輸送機(jī)模型的操作是根據(jù)用戶

11、傳遞的交互事件，對(duì)選中的物體進(jìn)行平移、縮放和旋轉(zhuǎn)操作。利用osgManioulator庫(kù)中拖拽器Dragger改變操控模型節(jié)點(diǎn)的變換矩陣來(lái)改變物體。用戶可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)在該模塊下對(duì)產(chǎn)品三維模型進(jìn)行交互式裝配，以尋求最優(yōu)裝配方案。模型選擇通過(guò)訪問(wèn)器Visitor實(shí)現(xiàn)，它可向不同模型的節(jié)點(diǎn)施加用戶自定義操作，從而執(zhí)行節(jié)點(diǎn)操作。它可使設(shè)計(jì)或者裝配人員根據(jù)自己的需求選擇所需部分進(jìn)行裝配，這樣可合理利用資源，也縮短了裝配時(shí)間。 </p&g

12、t;<p><b>　　2、自動(dòng)演示模塊 </b></p><p>　　自動(dòng)演示模塊提供了正確的模型裝配路徑，通過(guò)拆卸求解裝配順序的方法以獲得合理、可行的裝配序列規(guī)劃。該模塊反映了零部件正確裝配時(shí)從初始位置到最終位置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，規(guī)范有序的裝配路徑為設(shè)計(jì)人員對(duì)刮板輸送機(jī)的準(zhǔn)確裝配和合理設(shè)計(jì)過(guò)程提供依據(jù)。自動(dòng)演示的實(shí)現(xiàn)過(guò)程首先需要得到模型進(jìn)行位置變換的具體坐標(biāo)。對(duì)于三維空間的變化而

13、言。一般遵循 SRT(縮放/ 旋轉(zhuǎn)/ 移動(dòng))的運(yùn)算順序以完成復(fù)合矩陣的構(gòu)建，即: </p><p>　　M＝ MsMrMt </p><p>　　其中: M為計(jì)算結(jié)果矩陣；Ms為縮放矩陣；Mr為旋轉(zhuǎn)矩陣；Mt為平移矩陣。得到坐標(biāo)之后，在3D Studio Max中分別對(duì)每一部分進(jìn)行幀動(dòng)畫的制作。 </p><p>　　3、路徑記錄模塊可記錄操作人員在該系統(tǒng)中對(duì)模型進(jìn)

14、行的操控。通過(guò)對(duì)記錄的回放，可以發(fā)現(xiàn)刮板輸送機(jī)在裝配過(guò)程中存在的問(wèn)題以及存在的設(shè)計(jì)缺陷，從而求得最優(yōu)裝配路徑。在虛擬裝配環(huán)境下，零部件的裝配路徑是通過(guò)記錄操作人員操作零部件所經(jīng)歷的一系列離散的空間位置點(diǎn)得到的。通過(guò)對(duì)操控時(shí)記錄下的節(jié)點(diǎn)重新遍歷，采用深度優(yōu)先遍歷的形式，優(yōu)先進(jìn)行節(jié)點(diǎn)縱向搜索，直至末端的葉節(jié)點(diǎn)，再逐步返回到上一級(jí)尚未訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)。 </p><p>　　此外，由于裝配對(duì)象的運(yùn)行是手動(dòng)控制，很可能在裝配時(shí)

15、產(chǎn)生間隙，這樣嚴(yán)重影響了虛擬裝配的可靠性。因此，模型的裝配引導(dǎo)采用包圍球定位引導(dǎo)約束，用球體包圍整個(gè)模型幾何體，當(dāng)2個(gè)幾何體的球心距離小于設(shè)定單位時(shí)，模型按照目標(biāo)位置姿態(tài)信息自動(dòng)放置，以獲得準(zhǔn)確的裝配位置和姿態(tài)。 </p><p><b>　　4、協(xié)同裝配模塊 </b></p><p>　　協(xié)同裝配過(guò)程中，在單用戶系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶異地協(xié)同工作，并

16、達(dá)到預(yù)期的裝配效果。該模塊從功能上分為控制端和用戶端2部分，控制端包含系統(tǒng)的所有功能及所需資料，而用戶端只需安裝相應(yīng)的程序包即可。 系統(tǒng)工作時(shí)，首先由用戶端向控制端發(fā)出連接請(qǐng)求，等待控制端同意連接之后將數(shù)據(jù)傳遞給客戶端，客戶端即可對(duì)控制端的模型進(jìn)行操作。 </p><p>　　5、虛擬手操作模塊 </p><p>　　虛擬手操作模塊是將虛擬手和人手之間的動(dòng)作通過(guò)數(shù)據(jù)手套進(jìn)行調(diào)整，用戶可通過(guò)

17、虛擬手代替人手對(duì)虛擬零部件模型進(jìn)行操作，并從虛擬環(huán)境中得到信息反饋，從而實(shí)現(xiàn)真實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境的交互。 </p><p>　　虛擬手模型簡(jiǎn)化為1個(gè)手掌和5根手指，除大拇指外的其余手指又分為3個(gè)指關(guān)節(jié)(大拇指有2個(gè)指關(guān)節(jié))。接觸物體的規(guī)則采用射線求交的方法。每根手指包含1條射線，當(dāng)有手指的射線與零部件的包圍球相交時(shí)，即接觸到物體。是否抓取物體根據(jù)人手的運(yùn)動(dòng)規(guī)律判斷，假設(shè)手為一水平面，當(dāng)包含大拇指在內(nèi)的2根以上手指進(jìn)

18、行彎曲至整個(gè)平面的2/3以下時(shí)，即為抓取到物體，釋放物體與接觸物體相反。 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　總之，刮板輸送機(jī)沉浸式虛擬裝配系統(tǒng)為機(jī)械產(chǎn)品裝配和設(shè)計(jì)提供了新的輔助手段。利用該系統(tǒng)輔助裝配，可以尋求產(chǎn)品的最佳裝配序列和路徑，進(jìn)行預(yù)裝配,從而縮短產(chǎn)品裝配時(shí)間，降低產(chǎn)品裝配失誤，提高產(chǎn)品的裝配效率。設(shè)計(jì)人員利用該系統(tǒng)輔助產(chǎn)品研

19、發(fā)，可以準(zhǔn)確、快速地了解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，在模型上進(jìn)行參數(shù)化修改，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，從而提高了產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]薛明、季現(xiàn)亮、李潔.刮板輸送機(jī)的新型刮板設(shè)計(jì)[J].煤炭工程,2011. </p><p>　　[2]賀文斌.刮板輸送機(jī)常見故障的原因及處理方法