[发明专利]一种基于增强现实技术的人工辅助装配应用系统

说明书

本发明属于装配工艺增强可视化相关技术领域，其公开了一种基于增强现实技术的人工辅助装配应用系统，该系统包括内容编辑子系统及实时引导子系统，所述内容编辑子系统面向工艺设计人员，其用于提供工艺可视化的交互界面，并输出增强装配工艺步骤文件给所述实时引导子系统；所述实时引导子系统用于对所述增强装配工艺步骤文件进行解析，并结合现场的摄像机、显示器及处理器输出虚实融合的装配引导视频，以引导现场工人的装配操作；所述实时引导子系统通过渲染图差异分析来处理虚实遮挡关系，以将真实零件与虚拟零件的虚实遮挡关系转换成真实零件的三维模型与虚拟零件的虚实遮挡关系。本发明减少了认知记忆负担，提高了装配效率，适用性较好。

技术领域

本发明属于装配工艺增强可视化相关技术领域，更具体地，涉及一种基于增强现实技术的人工辅助装配应用系统。

背景技术

装配是按照装配工艺规程将不同的零件以一定的结构顺序连接起来，并满足规定技术要求的过程。随着市场全球化、用户需求多样化，完全自动化的生产模式已经无法满足定制的用户需求，生产方式向“大规模定制”转变。

人工装配工位能增加生产线的灵活性，是适应用户个性化需求的重要手段。在多样化的生产模式下，现场工人往往承担不同产品、多种工序的装配，大量的装配工艺信息使得他们必须借助书面指导手册的辅助，传统的装配指导手册包含大量文字描述，需要经过信息的理解转换才能提取有用信息，此过程耗费时间较长，对人的认知能力负担大。

增强现实(Augmented Reality，AR)作为新兴的人机交互技术，逐渐被用于辅助人工装配，通过将计算机生成的虚拟信息实时叠加到真实场景中，为用户提供虚实融合的观察视野。增强装配是指将AR技术应用到装配领域，波音公司在飞机的线路装配中首次采用AR技术辅助现场装配作业，为AR技术在工业领域的应用开启了新思路。此后，AR技术在装配领域的应用研究逐渐增多。AR技术的虚实融合是在真实装配环境叠加虚拟装配工艺信息来实时提供装配操作的引导提示，如零件装配位置、工具型号、装配要求等，引导工人装配作业，缩短工人信息理解的过程，减轻装配人员的认知负担。

增强装配不同于虚拟装配，增强装配更强调对现场装配的实时指导作用，虚拟融合技术使得工人操作视野能同时观察虚拟物体和真实装配环境，虚拟物体的作用更倾向于对工人的启示和引导。而虚拟装配则侧重于装配前的仿真和验证，没有与现场装配同步进行的阶段，与真实装配环境没有结合，无法反映真实装配环境与虚拟物体的相对关系与配合，对于现场装配的指导意义不大。

此外，内容编辑是增强现实应用的首要环节，这一环节与增强现实的现场应用是前后承接的关系，现场应用的研究重点往往集中在跟踪注册和虚实遮挡等方面，内容编辑则是在前期对现实的虚拟引导信息进行布局、管理和编辑。影响AR技术在装配领域应用的主要问题是缺少AR内容编辑工具，目前常用的AR应用软件开发包ARToolKit是利用OpenGL或OpenSceneGraph来表达虚拟三维模型，需要用户具备编程技术，产品的局部变化都需要重新进行底层编程，开发周期太长。相应地，本领域存在发展一种适应性较好的基于增强现实技术的人工辅助装配应用系统的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于增强现实技术的人工辅助装配应用系统，其基于现有增强现实应用的特点，研究及设计了一种适用性较好的基于增强现实技术的人工辅助装配应用系统。所述人工辅助装配应用系统实现了可视化设计与现场引导方法，采用装配产品和装配工艺数据为工艺人员提供了AR内容的创建工具，适用性较好。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于增强现实技术的人工辅助装配应用系统，所述人工辅助装配应用系统包括内容编辑子系统及实时引导子系统，所述内容编辑子系统面向工艺设计人员，其用于提供工艺可视化的交互界面，并输出增强装配工艺步骤文件给所述实时引导子系统；所述实时引导子系统用于对接收到的所述增强装配工艺步骤文件进行解析，并结合现场的摄像机、显示器及处理器输出虚实融合的装配引导视频，以引导现场工人的装配操作；