虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统技术方案

本发明专利技术公开虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统，包括基础设施层、数据库、数据层、功能层和输出层，所述基础设施层，用于虚拟装配过程并采集所述数据层的输入信号；所述数据库，用于存储所述所述评价系统运行所需的数据模型；所述数据层，用于获取所述基础设施层的输入信号并对所述输入信号转化后输入所述功能层；所述功能层，用于对虚拟仿真过程进行控制和对装配复杂度进行评价；所述输出层，用于输出虚拟现实过程的可视化信息。本发明专利技术能够增强虚拟现实技术的沉浸性、交互性与启发性，充分发挥用户在虚拟环境中的主观感知能力。发挥用户在虚拟环境中的主观感知能力。发挥用户在虚拟环境中的主观感知能力。

【技术实现步骤摘要】
虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统


[0001]本专利技术涉及虚拟装配
，特别是涉及虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统。

技术介绍

[0002]虚拟装配技术是虚拟现实技术、计算机仿真技术等多种先进技术在制造装配领域的综合应用，与一般的装配仿真相比较，具有更大的智能性和优越性，可完成或者支持装配过程的可视化或装配工艺的规划，极大提高机械设计和制造的效率。利用虚拟装配，可以验证装配设计和操作的正确与否，以便及早发现装配中的问题，对模型进行修改，并通过可视化显示装配过程。虚拟装配系统允许设计人员考虑可行的装配序列，自动生成装配规划，它包括数值计算、装配工艺规划、工作面布局、装配操作模拟等。现在产品的制造正在向着自动化、数字化的方向发展，虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节。
[0003]然而，面向装配工人主观装配复杂度的评价指标，如感知复杂度指数(Complexity Index,CXI)、基本装配复杂度(Basic complexity criteria，CXB)等，由于对用户在虚拟环境中的交互能力和感知能力要求高，目前尚未在虚拟环境中实现主观装配复杂度的评价方法与技术。因此，为应对产品设计日益复杂的现状，将CXI、CXB等评价指标应用于虚拟装配环境中，开发虚拟现实辅助装配复杂度评价系统，实现在虚拟环境中对工人主观装配复杂度的评估，改善原有复杂度评估方法的准确性与实用性。
[0004]在对虚拟装配的装配复杂度评价时，通过问卷调查的形式对单个任务的客观复杂度或主观认知复杂度进行评估，存在评价的重叠性和片面性。同时相较于传统的基于CAD软件的虚拟装配仿真技术，基于虚拟现实的装配仿真与评估的优势在于可以为用户提供身临其境的虚拟环境体验，实现对产品装配的感知复杂度、舒适性、可操作性等主观因素的评估。
[0005]因此，利用虚拟现实技术辅助产品的装配复杂度评估，要突出虚拟现实技术的沉浸性、交互性与启发性的技术特点，充分发挥用户在虚拟环境中的主观感知能力。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统，以解决上述现有技术存在的问题，能够增强虚拟现实技术的沉浸性、交互性与启发性，充分发挥用户在虚拟环境中的主观感知能力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统，包括包括基础设施层、数据库、数据层、功能层和输出层，
[0008]所述基础设施层，用于虚拟装配过程并采集所述数据层的输入信号；
[0009]所述数据库，用于存储所述评价系统运行所需的数据模型；
[0010]所述数据层，用于获取所述基础设施层的输入信号并对所述输入信号转化后输入所述功能层；
[0011]所述功能层，用于对虚拟仿真过程进行控制和对装配复杂度进行评价；
[0012]所述输出层，用于输出虚拟现实过程的可视化信息。
[0013]可选地，所述基础设施层包括无标记全身运动追踪系统、无标记手部运动追踪系统、虚拟现实头盔、高性能图形工作站、无间断供电系统UPS和显示设备。
[0014]可选地，所述数据库包括装配工艺规范库、装配零件模型库、装配工具模型库、数字人体模型DHM模型库和复杂度评估模型库，其中，所述装配工艺规范库用于提供装配工艺规范；装配零件模型库，用于提供仿真模拟过程中的装配零件模型；所述装配工具模型库，用于提供装配仿真模拟过程中所模拟使用的装配工具模型；所述数字人体模型DHM模型库，用于获得装配人员虚拟人体模型，并用于采集正确装配姿态数据；所述复杂度评估模型库，用于提供对装配仿真结果进行评价的模型。
[0015]可选地，所述数据库的运行依托Unity渲染引擎提供的Unity Collaborate和Unity Asset。
[0016]可选地，所述数据层的数据信息包括零件几何模型、装配工艺信息、全身骨骼运动捕捉数据、手部运动捕捉数据、装配操作交互数据和系统交互数据。
[0017]可选地，所述功能层包括虚拟装配仿真模块、DHM控制模块、装配复杂度评估模块和VR人机交互模块，所述虚拟装配仿真模块用于产品装配仿真的建模与计算；所述DHM控制模块用于处理用户的全身运动捕捉数据，并利用所述全身运动捕捉数据驱动DHM运动；所述装配复杂度评估模块用于装配复杂度评估；所述VR人机交互模块用于用户与所述系统之间的交互。
[0018]可选地，所述DHM控制模块包括传感器数据融合单元、关节运动数据推算、单元和逆向动力学求解单元，其中，所述传感器数据融合单元，用于对采集的若干数据进行融合分析；所述关节运动数据推算单元，用于对模拟装配过程中，用户各关节数据的推算分析；所述逆向动力学求解单元，用于基于逆向运动学计算的关节运动数据，获取用户的装配姿态。
[0019]可选地，所述装配复杂度评估模块包括客观复杂度因素评价单元和用户主观评估复杂度因素评价单元，其中，所述客观复杂度因素评价单元用于针对客观复杂度因素进行评价，所述用户主观评估复杂度因素评价单元用于针对用户主观评估的复杂度因素进行评价。
[0020]可选地，所述VR人机交互模块包括碰撞感知反馈单元、感知增强VR交互单元和基于手势的自然装配操作单元，其中，所述碰撞感知反馈单元用于采集装配过程中用户与装配零件发生的碰撞信息，所述感知增强的VR交互单元用于提高用户对视野外空间信息和装配全局信息的感知，所述基于手势的自然装配操作单元用于模拟装配过程。
[0021]可选地，所述可视化信息包括装配过程信息、装配操作信息、装配状态信息、碰撞信息、评价界面信息、评价结果信息。
[0022]本专利技术公开了以下技术效果：
[0023]本专利技术提供的虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统，包括基础设施层、数据库、数据层、功能层和输出层，利用虚拟现实技术辅助产品的装配复杂度评估，增强虚拟现实技术的沉浸性、交互性与启发性，充分发挥用户在虚拟环境中的主观感知能力。另外，采用面向装配工人主观装配复杂度的评价指标，如感知复杂度指数CXI、基本装配复杂度CXB等，充分利用用户在虚拟环境中的交互能力和感知能力，开发虚拟现实辅助装配复杂度评价系统，
实现在虚拟环境中对工人主观装配复杂度的评估，显著提高了复杂度评估的准确性与实用性，对改善原有复杂度评估方法的准确性与实用性具有重要意义。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例中VACAS系统框架示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例中复杂度评价因素分类以及与CXI/CXB评价标准的对应关系示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例中VACAS的工作流程示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统，其特征在于，包括基础设施层、数据库、数据层、功能层和输出层，所述基础设施层，用于虚拟装配过程并采集所述数据层的输入信号；所述数据库，用于存储所述评价系统运行所需的数据模型；所述数据层，用于获取所述基础设施层的输入信号并对所述输入信号转化后输入所述功能层；所述功能层，用于对虚拟仿真过程进行控制和对装配复杂度进行评价；所述输出层，用于输出虚拟现实过程的可视化信息。2.根据权利要求1所述的虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统，其特征在于，所述基础设施层包括无标记全身运动追踪系统、无标记手部运动追踪系统、虚拟现实头盔、高性能图形工作站、无间断供电系统UPS和显示设备。3.根据权利要求1所述的虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统，其特征在于，所述数据库包括装配工艺规范库、装配零件模型库、装配工具模型库、数字人体模型DHM模型库和复杂度评估模型库，其中，所述装配工艺规范库用于提供装配工艺规范；装配零件模型库，用于提供仿真模拟过程中的装配零件模型；所述装配工具模型库，用于提供装配仿真模拟过程中所模拟使用的装配工具模型；所述数字人体模型DHM模型库，用于获得装配人员虚拟人体模型，并用于采集正确装配姿态数据；所述复杂度评估模型库，用于提供对装配仿真结果进行评价的模型。4.根据权利要求3所述的虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统，其特征在于，所述数据库的运行依托Unity渲染引擎提供的Unity Collaborate和Unity Asset。5.根据权利要求1所述的虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统，其特征在于，所述数据层的数据信息包括零件几何模型、装配工艺信息、全身骨骼运动捕捉数据、手部运动捕捉数据、装配操作交互数据和系统交互数据。6.根据权利要求1所述的虚拟现实辅助的装配复杂度评价系统，其特征在于，所述功...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚寿文，王瑀，张立东，许人介，苟何韦颀，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：