[发明专利]一种智能感知虚拟装配系统

摘要

本发明公开了一种智能感知虚拟装配系统，本系统采用的虚拟现实仿真硬件设备，配备有一个头戴式显示器、两个手持控制器、两个定位基站，并搭配LeapMotion体感交互设备，来代替原有的手持控制器，使操作更加灵活自由。同时可支持大屏幕和投影设备的接入，为虚拟装配提供第三视角。软件部分包含装配约束智能识别模块、手势识别交互模块、自适应视线辅助交互模块和数据可视化装配辅助模块。本发明的优点在于：利用HTC Vive头戴显示器，结合两个单手控制器及LeapMotion交互设备的相互配合使用，实现零件的抓取及装配操作，从而使虚拟装配的精确度更高，人机交互性更强，同时通过可视化信息显示、多模型电子手册交互界面和多方式人机交互的设计，提高了装配的训练效果。

主权项

1.一种智能感知虚拟装配系统，其特征在于，包括：硬件部分和软件部分；硬件部分包括：VR虚拟现实眼镜(1)、体感交互设备(2)、定位基站(3)、手持控制器(4)和主机(5)；所述头戴显示器(1)、体感交互设备(2)、定位基站(3)、手持控制器(4)都与主机(5)进行信号连接；VR虚拟现实眼镜(1)用于显示虚拟的装配场景；体感交互设备(2)用于采集的手部姿势和位置并传输至主机(5)；手持控制器(4)用于与虚拟环境中的物体进行交互；定位基站(3)用于确定在其识别范围内运动物体的位置；主机(5)用于发送、接收及计算数据；软件部分包括：装配约束智能识别模块、手势识别交互模块、自适应视线辅助交互模块和数据可视化装配辅助模块；装配约束智能识别模块；为实现零件在装配过程中的动态变化，使零件在虚拟环境中更真实的模拟实际装配过程，需研究在约束条件下零件的运动规律，并进行数学描述，从而对已知约束条件和装配基体的零件进行动态位姿调整；采用FDH包围盒，根据虚拟装配中包围盒的功能，结合本系统中的装配零件，分别在零件数据的零件层和特征层建立碰撞包围盒，用于零件穿透的判定和特征的识别；在空间几何中，采用四元素法表达零件的三维旋转，用一个4×4齐次矩阵来描述零件的位姿，称作位姿矩阵，形式为将位姿变换量表示成矩阵形式，与原位姿矩阵相乘，得到的新齐次矩阵就是经过坐标变换后零件位姿矩阵的表达式；装配零件分为装配基体(简称基体)和待装配零件(简称待装件)；以基体为参照物，装配约束表征为待装件在基体坐标系中六个自由度限制的组合；在装配过程中，装配人员用手或者工具拾取零件并控制待装配零件的移动，即待装配零件的运动和装配人员一致，同时由于存在约束，该运动只有部分分量能够对零件产生实际作用。