[发明专利]一种基于虚拟环境的设备维修可达性评估方法及装置

说明书

本发明公开一种基于虚拟环境的设备维修可达性评估方法及装置，该方法步骤包括：S1.对待维修机车设备构建虚拟维修场景模型以及手臂运动模型；S2.根据手臂运动模型计算手臂末端操作点的所有空间可达点，得到维修人员手臂空间可达点集合，以及提取虚拟维修模型中所需维修部件的表面特征点，得到维修部件的模型表面特征点集合；S3.判断手臂空间可达点集合与维修模型表面特征点集合之间的匹配关系，根据判断结果评估所需维修部件的可达性；该装置包括模型构建模块、模型特征点提取模块以及可达性评估模块。本发明能够基于虚拟环境实现基于虚拟环境的设备维修可达性评估，且实现操作简单、成本低、评估精度及效率高。

技术领域

本发明涉及机车设备维修技术领域，尤其涉及一种轨道交通机车设备维修可达性评价方法及装置。

背景技术

可达性是指在维修操作中，当维修人员的维修站位确定之后，维修部件是否在维修人员手臂或手持工具的可达范围内。维修部件接触可达是进行维修操作的前提，良好的可达性设计要求产品在维修时，维修部件必须容易“够得着”，如果不能满足可达性要求，该维修部件无法进行维修操作，由可达性可确定维修人员对产品维修部件进行维修时接触到维修部件的难易程度，因而可达性评估已成为当前产品维修性设计中需要考虑的重要方面。

传统针对设备维修可达性通常都是基于物理样机的专家经验判断，即生产出物理样机后人工依据主观观察及经验进行定性判断，不仅存在评价主观、评价工作耗时费力、评价结果不准确，缺乏客观数据支撑等问题，且即便发现存在可达性问题后不便于及时处理所存在的可达性问题，由于物理样机已经造出，设计已基本定型，一旦可达性设计出现不合理的情况，往往无法更改，更改的成本也较高，如轨道交通机车等的设备复杂、体积重量大，在完成物理样机后要更改需要非常高的成本。

为解决上述问题，通过引入虚拟维修技术来实现可达性评估，虚拟维修是将计算机技术与虚拟现实技术相结合，利用数字样机和虚拟人进行维修过程仿真与评价的技术，虚拟维修技术因其可仿真物理环境、有效获取空间数据等优势为产品可达性评价提供了技术途径；利用虚拟维修仿真技术，可以在设计的早期阶段发现一些可达性设计方面的不足，以避免维修人员在进行维修作业时无法以较自然的工作姿态接触到维修部件或者无法接触到维修部件，提高维修效率及舒适度。但是目前基于虚拟维修技术来实现可达性评估，通常都是通过搭建虚拟维修场景的模型后，基于搭建的模型人工观测是否存在可达性问题，仍然需要依赖人工观测，评估效率低，且无法实现精确的评估。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够基于虚拟环境实现基于虚拟环境的设备维修可达性评估，且实现操作简单、成本低、评估精度及效率高。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于虚拟环境的设备维修可达性评估方法，步骤包括：

S1.模型构建：对待维修机车设备构建用于模拟维修场景的虚拟维修场景模型，以及用于模拟维修过程中维修人员手臂运动状态的手臂运动模型；

S2.模型特征点提取：根据所述手臂运动模型计算手臂末端操作点的所有空间可达点，得到维修空间可达点集合，以及提取所述虚拟维修场景模型中所需维修部件的表面特征点，得到维修模型表面特征点集合；

S3.可达性评估：判断所述手臂空间可达点集合与所述维修模型表面特征点集合之间的匹配关系，根据判断结果评估所需维修部件的可达性。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S2中提取所述虚拟维修场景模型中所需维修部件的表面特征点包括：将所述虚拟维修场景模型中所需维修部件的三维模型使用网格模型进行表示，得到维修部件网格模型，对所述维修部件网格模型的表面进行特征点提取，得到维修模型表面特征点集合。

作为本发明方法的进一步改进：所述网格模型为三角网格模型，即使用一系列空间三角形逼近表示所需维修部件的三维模型。