基于自定义模型及工艺规划的协同虚拟装配训练系统实现方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于自定义模型及工艺规划的协同虚拟装配训练系统实现方法。该方法包括：对用户上传的三维模型进行轻量化处理，得到精简模型；将精简模型加载到虚拟装配场景中，进行装配序列的自定义规划和编辑；进入装配模拟场景，将多人远程协同接入虚拟装配系统，进行多人协同操作；在虚拟装配的多人协同操作过程中，借助装配分析工具进行装配过程相关指标的分析；为整个装配前、装配中和装配后的操作提供全流程记录和重编辑功能。本发明专利技术基于个性化定制的思想，实现快速自定义虚拟装配系统的过程，解决了传统定制化虚拟装配系统的难以开放拓展问题，支持灵活控制权转换的多人协同操作，极大提升了系统的灵活性和适用面。

【技术实现步骤摘要】
基于自定义模型及工艺规划的协同虚拟装配训练系统实现方法
本专利技术属于信息技术、虚拟现实
，具体涉及一种基于自定义模型及工艺规划的协同虚拟装配训练系统实现方法。
技术介绍
虚拟装配(VirtualAssembly)，是指在计算机环境中搭建拟真的装配场景，借助一定的交互设备，用户可以实现模拟实际装配的操作过程。虚拟装配借助虚拟现实技术、三维建模技术等在计算机环境中构建虚拟装配对象模型、装配模拟操作所需的工具、设备等，用户可以借助各类计算机外设像在真实环境中一样进行装配模拟操作。其中计算机外设是指连接在计算机主机以外的设备，一般分为输入设备和输出设备，虚拟装配技术中所指的外设如立体眼镜、VR(VirtualReality，即虚拟现实)头盔系统、立体显示器、数据手套、方位跟踪器、运动捕捉设备、力反馈设备、音响系统等。虚拟装配可以用来对产品的可装配性进行分析、对产品零部件的装配序列进行规划和验证、对装配操作人员进行培训等。目前的虚拟装配主要是对于产品装配过程的模拟或展示，对实际装配过程进行再现，以辅助装配过程的相关分析、验证或训练，而且往往是定制化系统，系统的灵活性较差。装配对象或需求一旦需要调整，则需要将所有的过程推翻重做，系统地适应性较差。
技术实现思路
基于现有技术存在的问题，本专利技术旨在创建更具拓展性的虚拟装配系统，并阐述其实现方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于自定义模型及工艺规划的协同虚拟装配训练系统实现方法，包括以下步骤：对用户上传的三维模型进行轻量化处理，得到精简模型；将精简模型加载到虚拟装配场景中，进行装配序列的自定义规划和编辑；进入装配模拟场景，将多人远程协同接入虚拟装配系统，进行多人协同操作；在虚拟装配的多人协同操作过程中，借助装配分析工具进行装配过程相关指标的分析；为整个装配前、装配中和装配后的操作提供全流程记录和重编辑功能，将装配前、装配中和装配后的过程信息以二维结合三维的数据形式保存下来，供操作者调用查看和进行反复编辑。进一步地，将经过轻量化处理得到的精简模型保存到模型库中，在导入三维模型时直接从模型库中选择精简模型。进一步地，所述轻量化处理，是按照去遮挡、去重复和简化小尺寸面的算法进行自动轻量化处理。进一步地，所述装配序列的自定义规划和编辑，包括：自定义装配序列：按照多层级结构的思想设计装配序列规划过程，首先依次确定最底层组件装配所需的零件及其装配序列，然后分层级向上逐步确定子装配配体和装配体及其装配序列，最后确定装配体到产品整体的装配序列。装配路径编辑：建立三维坐标空间，以辅助用户查找和绘制装配路径；操作者借助三维画笔工具，通过在装配空间绘制曲线路径的方式定义装配路径；装配路径绘制形成后，在手动装配过程中，引导操作者遵循路径从合适的起始位置运动到指定的终点位置进行装配；在自动装配过程中，待装配对象自动以装配路径为运动路径进行装配；在绘制路径的过程中进行碰撞检测，并将碰撞路径段标识出来提醒操作者修改；定义考核内容：在自定义装配序列和装配路径编辑的过程中，根据需要设置对应步骤的考核知识点及分值权重；在装配操作的过程中，根据需要选择是否开启考核，以检验操作者对相关基础知识、装配作业流程的掌握程度。进一步地，所述多人协同操作包括：支持远程语音、文字的即时通讯，以方便多人参与和支持装配过程的协同操作；对于操作者的角色，根据操作熟练程度或经验进行区分，一个为主控者，其他为协同者，支持操作者在操作过程中进行控制权的转换；主控者负责控制整体装配操作进程，协同者参与观看和进行装配辅助分析；将装配操作过程分为自动操作和手动操作两种模式；自动操作通过一键触发完成下一步装配任务或者随意向前/向后跳转到任一操作步骤；手动装配是按照预先定义的装配序列、装配路径和装配内容进行当前步骤的、正确的装配操作，才能完成当前装配任务进入下一步操作；手动装配操作过程中，根据训练要求开启考核评估，以评估操作者对装配过程的掌握程度，考核结果保留在系统数据库里；在整个虚拟装配的协同操作过程中，主控者和协同者都能够借助装配分析工具进行装配过程相关指标的分析。进一步地，所述进行装配过程相关指标的分析，包括：干涉检查、碰撞检测、人机工效分析、结构分析，以及进行标注/删改。进一步地，所述人机工效分析，从装配的可视性、可达性、操作姿态/动作合理性、作业时间多个多角度进行分析。进一步地，所述将装配前、装配中和装配后的过程信息以二维结合三维的数据形式保存下来，包括：模型保存：对于导入的模型文件进行自动轻量化处理和保存，操作者能够从模型库中打开模型文件；装配规划保存：包括装配序列定义、装配路径和内容编辑以及考核内容定义的保存，装配序列以模型树结构、按装配顺序的形式进行保存，使得操作者打开装配规划数据记录时，能够同时看到模型树结构和三维模型，能够通过拖拽模型树列表或三维模型的方法调整装配序列；装配操作保存：装配模拟操作过程中，开启考核模式后，对操作者的考核情况和每一步作业的操作用时进行记录；装配分析保存：对分析的各项指标及相关内容进行记录，包括将干涉检查所查出的干涉点、操作过程中的碰撞点、人机工效分析情况以及结构分析数据保存下来。一种采用上述方法实现的基于自定义模型及工艺规划的协同虚拟装配训练系统，其包括：轻量化处理模块，用于对用户上传的三维模型进行轻量化处理，得到精简模型；装配序列规划模块，用于将精简模型加载到虚拟装配场景中，进行装配序列的自定义规划和编辑；协同装配操作模块，用于在装配模拟场景中，将多人远程协同接入虚拟装配系统，进行多人协同操作；装配分析评估模块，用于在虚拟装配的多人协同操作过程中，借助装配分析工具进行装配过程相关指标的分析；装配过程记录和重编辑模块，用于为整个装配前、装配中和装配后的操作提供全流程记录和重编辑功能，将装配前、装配中和装配后的过程信息以二维结合三维的数据形式保存下来，供操作者调用查看和进行反复编辑。本专利技术的技术关键点是：(1)基于自定义模型、自定义装配序列和自定义装配路径的、支持可转移权限协同操作的虚拟装配系统实现技术及方法；(2)基于自定义模型，进行三维虚拟装配环境中的自定义装配序列规划，通过自底向上多层次规划方法逐级确定装配序列，再结合三维空间中装配路径的绘制和检测的装配序列规划方法；(3)建立多人异地远程装配操作，一人为主控者，其他为协同者，主控者可以干预虚拟模型的装配进程，协同者可以进行除装配进程之外的其他操作，主控者权限可以随时转移给其他协同者的方法；(4)基于对虚拟装配全过程进行记录和重编辑，以二维结合三维的形式对可编辑过程进行记录，并支持操作者从记录中打开进行修改和重编辑的方法。本专利技术的有益效果如下：本专利技术基于个性化定制的思想，实现快速自定义虚拟装配系统的过程，用户可通过自定义上传模型生成个性化的装配体三维对象，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自定义模型及工艺规划的协同虚拟装配训练系统实现方法，其特征在于，包括以下步骤：/n对用户上传的三维模型进行轻量化处理，得到精简模型；/n将精简模型加载到虚拟装配场景中，进行装配序列的自定义规划和编辑；/n进入装配模拟场景，将多人远程协同接入虚拟装配系统，进行多人协同操作；/n在虚拟装配的多人协同操作过程中，借助装配分析工具进行装配过程相关指标的分析；/n为整个装配前、装配中和装配后的操作提供全流程记录和重编辑功能，将装配前、装配中和装配后的过程信息以二维结合三维的数据形式保存下来，供操作者调用查看和进行反复编辑。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于自定义模型及工艺规划的协同虚拟装配训练系统实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
对用户上传的三维模型进行轻量化处理，得到精简模型；
将精简模型加载到虚拟装配场景中，进行装配序列的自定义规划和编辑；
进入装配模拟场景，将多人远程协同接入虚拟装配系统，进行多人协同操作；
在虚拟装配的多人协同操作过程中，借助装配分析工具进行装配过程相关指标的分析；
为整个装配前、装配中和装配后的操作提供全流程记录和重编辑功能，将装配前、装配中和装配后的过程信息以二维结合三维的数据形式保存下来，供操作者调用查看和进行反复编辑。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将经过轻量化处理得到的精简模型保存到模型库中，在导入三维模型时直接从模型库中选择精简模型。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轻量化处理，是按照去遮挡、去重复和简化小尺寸面的算法进行自动轻量化处理。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装配序列的自定义规划和编辑，包括：
自定义装配序列：按照多层级结构的思想设计装配序列规划过程，首先依次确定最底层组件装配所需的零件及其装配序列，然后分层级向上逐步确定子装配配体和装配体及其装配序列，最后确定装配体到产品整体的装配序列。
装配路径编辑：建立三维坐标空间，以辅助用户查找和绘制装配路径；操作者借助三维画笔工具，通过在装配空间绘制曲线路径的方式定义装配路径；装配路径绘制形成后，在手动装配过程中，引导操作者遵循路径从合适的起始位置运动到指定的终点位置进行装配；在自动装配过程中，待装配对象自动以装配路径为运动路径进行装配；在绘制路径的过程中进行碰撞检测，并将碰撞路径段标识出来提醒操作者修改；
定义考核内容：在自定义装配序列和装配路径编辑的过程中，根据需要设置对应步骤的考核知识点及分值权重；在装配操作的过程中，根据需要选择是否开启考核，以检验操作者对相关基础知识、装配作业流程的掌握程度。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多人协同操作包括：
支持远程语音、文字的即时通讯，以方便多人参与和支持装配过程的协同操作；
对于操作者的角色，根据操作熟练程度或经验进行区分，一个为主控者，其他为协同者，支持操作者在操作过程中进行控制权的转换；主控者负责控制整体装配操作进程，协同者参与观看和进行装配辅助分析；
将装配操作过程分为自动操作和手动操作两种模式；自动操作通过一键触发完...

【专利技术属性】
技术研发人员：扈园园，高方方，吴艳萍，张贺，李冬，宿春慧，
申请(专利权)人：北京航天智造科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11