一种基于虚拟现实技术的四向穿梭车维修拆装培训仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于虚拟现实技术的四向穿梭车维修拆装培训仿真系统，包括四向穿梭车结构模块、虚拟维修场景模块、系统功能模块、交互模块和数据通信模块；四向穿梭车结构模块根据四向穿梭车预实现行走、换向、顶升、传动等基本功能完成穿梭车相关参数设计；虚拟维修场景模块完成维修场景、虚拟相机等虚拟维修场景构建；系统功能模块完成系统所需的拆装学习、练习、考试等功能设计；交互模块通过VR设备与四向穿梭车维修拆装培训仿真系统交互；数据通信模块主要实现各模块之间的信息交换；本发明专利技术可以帮助被培训人员轻松地掌握四向穿梭车维修基本知识与维修技巧，练习被培训人员的实际动手操作能力，有效提高学习、培训效率。培训效率。培训效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟现实技术的四向穿梭车维修拆装培训仿真系统


[0001]本专利技术涉及机械设备维修
，尤其涉及一种基于虚拟现实技术的四向穿梭车维修拆装培训仿真系统。

技术介绍

[0002]随着制造业智能化的逐渐普及以及物流仓储行业的快速发展，新型的智能四向穿梭车完全集成了叉车、堆垛机、输送线等传统的搬运设备的功能特征，是继叉车、堆垛机、托盘、货架之后的又一个新的物流设备技术革新产品。四向穿梭车的出现减少了人工操作导致的各类危险和误差，极大提高了存取货效率，使仓库自动化程度增加；解决了低层仓储系统中，传统堆垛机和仓库货道的数量过多导致的仓库造价成本不断增加、存储货物的密度大量降低、物流业发展速度极大受限的难题。
[0003]机械设计行业中功能愈加强大的产品，其出现故障的概率普遍偏高。从工作效率的角度讲，对四向穿梭车的要求是性能稳定可靠、操作便捷及维修简单、方便，当四向穿梭车作为工业化产品广泛应用于实际生产中时，其工作可靠性已不再是关注的焦点，相比之下其维修性则变为保持穿梭车正常作业的重点，这就要求在产品投放的初期培训专业维修人员负责产品售后工作。对于四向穿梭车这样机构复杂的产品，其维修拆装过程尤为繁琐，而且疫情形势下，实地学习、实物操作、面对面培训等人员聚集性活动往往受当前形势限制，培训工作因此受到牵制。
[0004]虚拟现实技术因其可视化程度高、信息获取量大、涉及学科门类广等优越性备受现代制造业关注，在国外工业制造行业，虚拟现实被认为是传统制造业的现代化替代方案，基于虚拟现实技术设计开发的仿真平台，有效地提高了生产制造效率和可靠性；在国内，虚拟现实技术已被广泛应用于生产、教学等多个领域；可见虚拟现实技术对于推动现代化制造业的快速发展起到积极作用。
[0005]借助虚拟现实技术可以实现对四向穿梭车进行全方位展示，便于培训维修人员过程中更便捷的介绍穿梭车；通过相应的展示幕布、功能模块化及对应功能按键，帮助被培训人员抛弃琐杂难懂的维修说明书轻松地掌握四向穿梭车维修基本知识与维修技巧；利用实时人机互动功能练习被培训人员的实际动手操作能力，加深维修印象，衔接商业维修任务；此外还可以对四向穿梭车的零部件装配关系、设计制造等工艺作进一步探究，有望解决四向穿梭车实际使用中存在的全部问题。

技术实现思路

[0006]对于四向穿梭车这样机构复杂的产品，其维修拆装过程尤为繁琐，而且疫情形势下，实地学习、实物操作、面对面培训等人员聚集性活动往往受当前形势限制，培训工作因此受到牵制；为了充分发挥虚拟现实技术的积极作用，达到不受时空限制的完成高效维修拆装培训任务的目的，本专利技术提出一种基于虚拟现实技术的四向穿梭车维修拆装培训仿真系统。
[0007]本专利技术提出了一种基于虚拟现实技术的四向穿梭车维修拆装培训仿真系统，其特征在于，包括四向穿梭车结构模块、虚拟维修场景模块、系统功能模块、交互模块和数据通信模块；所述四向穿梭车结构模块根据四向穿梭车预实现的支撑、行走、换向、顶升、传动、控制等基本功能，把四向穿梭车分为穿梭车车架、行走机构、换向机构、顶升机构、传动系统和控制系统六部分；穿梭车车架用于安装、固定、支撑整体机械的部件；行走机构用于完成穿梭车在轨道上的直线行走；换向机构用于穿梭车在轨道上的变道作业；顶升机构用于托起托盘上的货箱，使托盘与货架分离，进行搬运；传动系统用于连接各个机构和电机或者控制系统，使各自完成各自的工作；控制系统用于四向穿梭车各个电机的输出、传动机构的运动、行走机构、换向机构、顶升机构的动作及配合；所述虚拟维修场景模块在Unity 3D开发引擎平台下完成维修场景、虚拟相机、光照、材质等虚拟维修场景构建，主要有虚拟场景外观和虚拟场景内饰两部分；所述系统功能模块把四向穿梭车维修拆装培训仿真系统功能分为总界面模块、拆装学习模块、拆装练习模块、拆装考试模块、工作原理模块、数据查询模块和其它功能模块；总界面模块可实现模型旋转、缩放，跳转各子功能界面等功能；拆装学习模块可帮助使用者学习四向穿梭车的拆装步骤、认识穿梭车的结构组成及各部件装配关系；拆装练习模块可加强训练培训效果；拆装考试模块可让使用者根据自己的得分分析错误原因，直至熟练掌握四向穿梭车拆装任务操作；工作原理模块用动画的方式将机械的运动表示出来，通过仿真运动动画展示穿梭车的工作过程并进行维修；数据查询模块可以展示四向穿梭车各部件的数据信息；其它功能模块可以完成模型重建、模型网格化显示、标注显隐等功能；所述交互模块使用者通过VR设备与培训系统交互完成不同的操作，通过菜单选择，完成模型重建、模型网格化显示、模型旋转、缩放、拆装学习、练习、考试等；VR设备由手柄和VR头盔组成，VR手柄实现与系统的交互，VR头盔负责接收音、视频信息并将信息反馈给使用者；所述数据通信模块主要负责实现各模块之间、模块与服务器之间的通信。
[0008]优选的，所述四向穿梭车结构模块中部分结构在仿真系统中需要装配，从碰撞模拟、几何约束和动态力反馈三个方面完成虚拟装配；碰撞模拟负责模拟零件在虚拟空间移动时可能发生的碰撞状态，检测零件的位姿信息和碰撞信息；几何约束负责装配定位中空间位置和姿态约束，实现零件的精准定位与安装；动态力反馈负责引导操作者沿正确路径完成装配任务，并将装配时的受力情况通过触觉感知设备实时反馈。
[0009]优选的，所述碰撞模拟主要由三角面片自动凹凸碰撞包围盒、弹簧
‑
质量模型、碰撞算法等关键技术实现；三角面片自动凹凸碰撞包围盒检测零件的碰撞位置、方向和深度，碰撞检测算法根据零件的位姿信息计算零件碰撞之后的运动轨迹，通过弹簧
‑
质量模型进行模拟与反馈，将计算的零件位姿信息发送到几何约束模块，为几何约束提供触发条件，将碰撞位置、方向和深度等碰撞信息发送到动态力反馈，为计算提供实时数据；所述几何约束通过零件的局部坐标转换为世界坐标，追踪零件的世界坐标位置，反馈到碰撞模拟，更新操作对象位置和其它对象位置，并将几何约束信息发送到动态力反馈，作为动态力反馈的触发条件；所述动态力反馈由引力模型、斥力模型、接触应力模型和装配阻力模型等组成；当
几何约束触发之后，通过引力模型根据离终点位置产生引力反馈给操作者，使操作者沿正确方向进行安装，同时为避免操作者进行错误操作，斥力模型根据零件与目标件轴向距离和夹角产生斥力反馈到操作者，防止安装过程中装配体姿态发生变化；当接收到零件间碰撞位置、方向和深度之后，接触应力和装配阻力模型以碰撞模拟实时提供碰撞位置、方向和深度作为数据进行实时运算，将接触应力和装配阻力仿真结果在头显设备中进行实时显示，同时将装配阻力反馈到VR手柄，使操作者能够真实体验装配过程中真实受力。
[0010]优选的，所述总界面模块设置主状态机结构，学习、练习、考试、数据查询、工作原理等各功能子模块状态机结构，并将所有状态机以主状态机为基本点做双向连接，已完成交互过程中从主界面通过各功能按键快捷地到达各子功能模块、从任意子功能模块通过返回按键快速返回主界面；所述拆装学习模块设有视频演示功能，在拆装任务制作过程中，添加真人语音提示伴随零本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟现实技术的四向穿梭车维修拆装培训仿真系统，其特征在于，包括四向穿梭车结构模块、虚拟维修场景模块、系统功能模块、交互模块和数据通信模块；所述四向穿梭车结构模块根据四向穿梭车预实现的支撑、行走、换向、顶升、传动、控制等基本功能，把四向穿梭车分为穿梭车车架、行走机构、换向机构、顶升机构、传动系统和控制系统六部分；穿梭车车架用于安装、固定、支撑整体机械的部件；行走机构用于完成穿梭车在轨道上的直线行走；换向机构用于穿梭车在轨道上的变道作业；顶升机构用于托起托盘上的货箱，使托盘与货架分离，进行搬运；传动系统用于连接各个机构和电机或者控制系统，使各自完成各自的工作；控制系统用于四向穿梭车各个电机的输出、传动机构的运动、行走机构、换向机构、顶升机构的动作及配合；所述虚拟维修场景模块在Unity 3D开发引擎平台下完成维修场景、虚拟相机、光照、材质等虚拟维修场景构建，主要有虚拟场景外观和虚拟场景内饰两部分；所述系统功能模块把四向穿梭车维修拆装培训仿真系统功能分为总界面模块、拆装学习模块、拆装练习模块、拆装考试模块、工作原理模块、数据查询模块和其它功能模块；总界面模块可实现模型旋转、缩放，跳转各子功能界面等功能；拆装学习模块可帮助使用者学习四向穿梭车的拆装步骤、认识穿梭车的结构组成及各部件装配关系；拆装练习模块可加强训练培训效果；拆装考试模块可让使用者根据自己的得分分析错误原因，直至熟练掌握四向穿梭车拆装任务操作；工作原理模块用动画的方式将机械的运动表示出来，通过仿真运动动画展示穿梭车的工作过程并进行维修；数据查询模块可以展示四向穿梭车各部件的数据信息；其它功能模块可以完成模型重建、模型网格化显示、标注显隐等功能；所述交互模块使用者通过VR设备与培训系统交互完成不同的操作，通过菜单选择，完成模型重建、模型网格化显示、模型旋转、缩放、拆装学习、练习、考试等；VR设备由手柄和VR头盔组成，VR手柄实现与系统的交互，VR头盔负责接收音、视频信息并将信息反馈给使用者；所述数据通信模块主要负责实现各模块之间、模块与服务器之间的通信。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的四向穿梭车维修拆装培训仿真系统，其特征在于，所述四向穿梭车结构模块中部分结构在仿真系统中需要装配，从碰撞模拟、几何约束和动态力反馈三个方面着手完成虚拟装配；碰撞模拟负责模拟零件在虚拟空间移动时可能发生的碰撞状态，检测零件的位姿信息和碰撞信息；几何约束负责装配定位中空间位置和姿态约束，实现零件的精准定位与安装；动态力反馈负责引导操作者沿正确路径完成装配任务，并将装配时的受力情况通过触觉感知设备实时反馈。3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实技术的四向穿梭车维修拆装培训仿真系统，其特征在于，所述碰撞模拟主要由三角面片自动凹凸碰撞包围盒、弹簧
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质量模型、碰撞算法等关键技术实现；三角面片自动凹凸碰撞包围盒检测零件的碰撞位置、方向和深度，碰撞检测算法根据零件的位姿信息计算零件碰撞之后的运动轨迹，通过弹簧
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质量模型进行模拟与反馈，将计算的零件位姿信息发送到几何约束模块，为几何约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢天祥，赵月静，李继瑞，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：