[发明专利]一种基于增强现实与移动交互的虚拟装配方法

说明书

本发明提出了一种基于增强现实与移动交互的虚拟装配方法。该方法利用Leap Motion来获取人手的手势数据，将其投射到虚拟环境中与虚拟模型进行交互；利用IKF和IPF来估计手的位置和方向；通过Kinect获取到的人身的关节数据来定位人的位置，再利用AR技术将虚拟的3D装配机器人以及装配零件的模型投射到人的身前；磁力反馈利用电磁力让操作者感受到装配过程中零件之间的相互作用力。本发明利用AR技术让操作者可以360度无死角观察零件，提高了虚拟装配过程中的沉浸感，同时电磁力反馈让操作者更清晰地感受到了零件之间的相互作用，从而可以知道零件之间的适配情况，更加接近真实装配的情况，操作更自然方便。

技术领域

本发明涉及一种虚拟装配技术，具体涉及一种基于增强现实与移动交互的虚拟装配方法。

背景技术

在传统的装配过程中，由于在编制装配工艺初期和设计装配工具工装时，没有数字化装配验证和实际的装配仿真，往往在实际产品装配阶段，经常会发生零部件间的干涉、装配顺序不合理或装配工具工装不方便等现象，而且许多零部件在制造阶段产生的质量隐患或装配工具工装的合理性只有在实际的装配过程中才显现出来。因此导致产品的装配周期很长、返工率高、装配质量不稳定以及装配一次成功率降低，这些都严重制约着生产能力的提高。因此，设计并实现一个虚拟装配系统能够极大地提升装配的成功率，提高生产能力。

目前有一些虚拟装配的方法，但有一些方面还存在一定的缺陷值得改进。目前的虚拟装配技术一部分是利用电脑仿真技术实现的，这种方法实现的虚拟装配不方便操作者对被装配零件进行观察，观察的角度是固定的，观察的范围也是有限的，因此在装配过程中可能会出现问题。另一部分是基于虚拟现实实现的，但是在虚拟现实中进行虚拟装配，用户的沉浸感不足。同时上述两种技术都存在另一个问题，在虚拟装配的过程中，用户无法感受到装配零件之间的相互作用力，因此有可能在装配的过程中出现了问题而用户无法感知到，从而在实际装配是对零件产生一定的损害。

发明内容

为了解决上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种基于增强现实与移动交互的虚拟装配方法。

本发明通过以下技术方案之一实现。

一种基于增强现实与移动交互的虚拟装配方法，其通过Leap Motion获取人的手势数据，构建人手虚拟骨骼模型，然后利用AR技术将其投射到虚拟环境中，在虚拟环境中进行碰撞检测，从而实现操作者能直接裸手与虚拟环境中的虚拟零件进行交互，而不需要任何其他设备；并且利用移动机器人对人手势和身体的追踪，使得人能不用站在一个固定的地方，而手也不用担心会移动出操作空间从而在装配过程中出现问题，拓展了虚拟装配的操作空间，同时也使得操作者可以360度无死角对零件进行观察，从而避免视角过窄而产生的失误；而安装在操作平台上的电磁铁和人手上佩戴的磁铁阵列对装配过程中的零件和人手以及零件和零件间的相互作用力进行的反馈，使得在不干扰操作者手部任何动作的条件下能够让操作者感受到相应的力并及时地做出装配动作的调整，很好地模拟了真实装配中地情景。

进一步地，该方法包括以下步骤：

S1、利用Kinect跟踪人体从而实现操作平台随着人手的运动而移动；

S2、使用Leap Motion传感器获取手势数据；

S3、利用IKF(Interval Kalman Filter)和PF(Particle Filter)消除传感器的测量误差，并估计手的位置和方向；

S4、利用碰撞检测使得操作者的手能直接与虚拟环境中的物体进行交互；

S5、利用闭环控制调节电磁铁中的电流从而改变电磁力反馈。