[发明专利]一种基于Leap Motion和局域网内协同的虚拟装配方法

说明书

本发明公开了一种基于Leap Motion和局域网内协同的虚拟装配方法，属于在多人手势协同虚拟装配的技术领域。本发明选择在局域网内协同技术的基础上，利用Leap Motion作为主要硬件设备，对工业零件进行多人协同手势控制的虚拟装配，该方法首先在导入已建好的装配部件三维模型的基础上，利用Leap Motion检测手掌手势，采集识别相关装配输入手势；通过光线追踪、刚体碰撞检测实现装配部件的拾取；基于局域网协同技术，实现网络化虚拟场景下的协同拆分与装配。

技术领域

本发明属于在多人手势协同虚拟装配的技术领域，具体涉及一种基于LeapMotion和局 域网内协同的虚拟装配方法。

背景技术

在机械装配领域，传统的装配方式存在大型机械移动不便、装配成本高、装配训练受时 间地点等约束，已经越来越无法满足人们的需求。前几年出现的虚拟装配技术是虚拟制造技 术的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究，可以确定产品装 配过程中最优的装配、拆卸和重组顺序，校验和修改装配流程，进行装配可行性、可制造性、 可维护性分析。然而，目前大多数利用虚拟装配技术实现的虚拟装配系统往往不够真实、操 作困难、可移性差，并且大多只限于一人一计算机的操作模式，缺少自然、直接、易用、多 用的交互方式，造成这类系统普遍存在着“交互不自然”、“使用不方便”等问题，严重影 响操作者的操作体验。

目前的装配技术主要是分为两部分实现，一部分是利用电脑仿真技术实现，但该方法实 现的虚拟装配操作者不便操作；另一部分是基于虚拟现实技术实现，通过应用虚拟现实技术， 虚拟装配技术具有高效、环保、经济等特点，但操作者无法完全沉浸到整个装配活动中，用 户实际参与感不强。并且以上两种方法在虚拟装配过程中，目前都只适用于在一台计算机上 一人进行操作，无法模拟出多人在不同地点同时分别进行装配部件组装和拆分的过程，模拟 的通用性和效果有待加强。

现有虚拟装配方法多采用桌面式虚拟环境，且多数停留在使用工程软件进行零件试装配， 缺乏真实感，沉浸感不足，较少应用虚拟现实技术。操作人员与虚拟装配系统的交互大多基 于鼠标及手柄，与真实装配体验相差较大，不足以完全体现装配工艺，不利于解决实际装配 问题。现有虚拟装配技术偏重装配过程的三维图形仿真，忽视了真实装配过程中操作人员活 动范围和身体对装配操作的影响，应用性不高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于Leap Motion和局域网内协同 的虚拟装配方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于Leap Motion和局域网内协同的虚拟装配方法，包括如下步骤：

步骤1：对装配部件进行三维建模得到三维模型后，使用Leap Motion传感器，感知实体 手，获取手势数据，计算手部移动速度、位置和方向，进行手势识别；

步骤2：通过光线追踪、刚体碰撞检测判断手与装配部件以及零件物体之间是否有碰撞， 若有碰撞则对模型变换坐标进行旋转，实现装配部件的拾取及后期的装配工作；

步骤3：通过局域网内协同技术，利用Unity进行多用户局域网互联，利用已建立的三维 模型搭建虚拟装配场景，并将虚拟试验场景网络化，实现操作者的手与虚拟环境中装配部件 的交互，以及装配部件的拆分与装配，实现两台或多台计算机在多用户手势控制下的协同工 作；

步骤4：在所有部件拆分完毕后，学习者S将演示者T在一台计算机A上已完成拆分，且学习者S已在计算机B上标记好装配部件，按倒序在计算机A上进行组装。

优选地，在步骤1中，具体包括如下步骤：

步骤1.1对装配部件进行三维建模；