基于虚拟现实技术的汽车装配实验平台制造技术

本发明专利技术提供了基于虚拟现实技术的汽车装配实验平台及其装配方法，汽车装配实验平台包括虚拟装配硬件设备以及外部报警系统；虚拟装配硬件设备包括PC机以及与PC机连接的人机交互VR设备；PC机主要用于编辑和监控虚拟环境，PC机内置虚拟装配软件Unity 3D，虚拟装配软件Unity 3D用于渲染环境以及链接虚拟环境和人机交互VR设备，人机交互VR设备包括头戴式显示器、手柄以及模拟驾驶体验椅；虚拟装配软件Unity 3D内置装配模型，装配模型由UG建模和3DS MAX建立并导入到虚拟装配软件Unity 3D环境中。本发明专利技术作为一个工程装配的虚拟实践平台，使用户能够在虚拟环境中模拟汽车的装配操作和器件认知，并且能够进行虚拟驾驶体验，节约硬件成本和人员培训成本，大大提高实际培训效率。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟现实技术的汽车装配实验平台
本专利技术涉及虚拟现实技术下的汽车装配
，特别涉及基于虚拟现实技术的汽车装配实验平台及其装配方法。
技术介绍
虚拟现实(VR，VirtualReality)是指利用计算机创建出一种模拟仿真环境，用户在这种虚拟的环境中与物体进行交互动作，获得与真实世界中一致的感知反馈。正是由于VR技术产生的具有交互功能的虚拟世界，使得人机交互界面更加形象和逼真，激发出了人们对虚拟现实技术的兴趣。近几年，虚拟现实技术在军事与航空航天、科研开发、商业、医疗、教育、娱乐等多个领域得到越来越广泛的应用，并取得了巨大的经济效益与社会效益。目前，国内虚拟显示技术已经有所发展，一种飞机机务信息处理方法(201010520207.3)能够实现三维虚拟现实技术处理飞机机务信息处理；一种数字曾侯乙编钟虚拟现实体感交互系统与方法(201310141857.0)能够仿真编钟的形和声给观众以真实的体验；虚拟库房管理系统(20110324271.9)能够实现虚拟库房模拟实际库房进行数据和空间管理，为库房建立整体档案；通过文献检索，发现当前已经有部分虚拟显示技术的使用。虚拟装配(VA,VirtualAssembly)技术作为虚拟现实技术的一个分支，是近年来发展起来的一项多学科交叉的新技术，它涉及到计算机、数字图像、机械制造、生物医学等多门学科，并随着科技的发展愈加逼真，其主要宗旨是：利用计算机软件创建一个虚拟装配车间环境，然后通过VR交互设备使人在虚拟场景进行模拟训练，去体验机械设备的组装和拆卸等过程。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可快速、准确而可靠地对操作者进行汽车拆装的训练，提高学习质量，减少实验设备成本的基于虚拟现实技术的汽车装配实验平台及其装配方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：基于虚拟现实技术的汽车装配实验平台，所述汽车装配实验平台包括：一虚拟装配硬件设备，虚拟装配硬件设备包括PC机以及与PC机连接的人机交互VR设备；所述PC机作为图像计算模块，主要用于编辑和监控虚拟环境，PC机内置虚拟装配软件Unity3D，虚拟装配软件Unity3D用于渲染环境以及链接虚拟环境和人机交互VR设备，虚拟装配软件Unity3D可以让操作者在虚拟现实技术的支持下进行汽车装配的实验学习；所述人机交互VR设备具备用于加强虚拟装配环境的真实感，包括头戴式显示器、手柄以及模拟驾驶体验椅；一内置在虚拟装配软件Unity3D内的装配模型，所述装配模型是指汽车的各个零部件以及车身是依靠模型渲染的方式由UG建模和3DSMAX建立的，导入到虚拟装配软件Unity3D环境中，用于操作人员在虚拟装配软件Unity3D中选择并使用；一外部报警系统，外部报警系统为红外线报警系统，用于保证操作者的安全。在本专利技术的一个实施例中，在汽车装配实验平台的空间范围内，上方2米，对角线5米处设置两个定位装置，定位装置会为系统设定安全区域，与外部报警系统共同确保操作者的安全。在本专利技术的一个实施例中，在虚拟装配软件Unity3D中设计部分配件的安装距离限制，部分虚拟汽车器件的安装需要操作者自行在虚拟装配软件Unity3D中移动，才可安装到位。基于虚拟现实技术的汽车装配方法，所述汽车装配方法包括如下步骤：步骤1，清空划定区域，打开电源，操作者穿戴完整设备；步骤2，确定外部报警系统开启并能正常运作；步骤3，系统开始，进入教学，操作者需要学习使用教程；步骤4，结束教程后，需要用手柄和按钮选择模式；步骤5，此时操作者有4个选项，器件认知，动画演示，虚拟装配和模拟驾驶功能，供操作者自主手动选择；步骤6，进入器件认知环节，1)在被自动分解的零散汽车部件中任意选择一个器件；2)通过另一手柄查阅该器件的名称、功能；3)进入下个器件选择；步骤7，进入动画演示环节，1)动画演示自动开始；2)结束后重新选择模式；步骤8，进入虚拟装配环节，1)按照顺序选择一个器件等待装配；2)点击按钮将所选的器件放置到合适的位置；3)用户需要在虚拟实验平台中调整位置，选择合适的装配位置和顺序，若安装成功，播放提示音；若安装失败，则重新装配；4)待所有安装完毕后，系统提示安装完成，并实施成品展示；步骤9，进入模拟驾驶环节，1)操作者需要手握手柄作为方向盘，调好座椅位置，开始；2)在模拟的驾驶中，两个手柄控制方向和速度，通过手柄可以在指定区域内操控；3)操作者确认结束模拟；步骤10，在任一步骤中有触发外部报警装置，虚拟实验平台会停止工作，步骤11，结束。在本专利技术的一个实施例中，在划定区域的四个角上设有红外装置，围成一个限制区域。在本专利技术的一个实施例中，所述的器件认知包含器件的外形、名称、功能以及安装的部位。在本专利技术的一个实施例中，所述的虚拟装配包括各个部件的安装位置信息和相对位置关系。在本专利技术的一个实施例中，器件认知环节的汽车零件信息包括汽车车身、发动机、变速箱、冷却箱、方向盘、车座和车门等部件。在本专利技术的一个实施例中，所述的虚拟装配环节能够让操作者自己选择器件实施装配，系统判断正确与否，若未放置在正确位置，则装配失败重新装配。在本专利技术的一个实施例中，所述的模拟驾驶环节能够根据客户喜好自行选择车身颜色，模拟真实的驾驶碰撞和道路实际情况。在本专利技术的一个实施例中，使用手持式手柄操作和交互信息；使用头戴式显示器显示虚拟实验平台和播放音效。在本专利技术的一个实施例中，使用手持式手柄能够让用户选择虚拟按键，并且定位用户位置和动作。通过上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术需要的硬件量小，能够节约成本，降低硬件的维护。2、本专利技术含有外部报警系统，能够进一步确保操作者的安全。3、本专利技术含有模拟驾驶操作体验，进一步增加学习者的兴趣。4、本专利技术通过虚拟现实技术，建立虚拟实验平台，可实现重复装配和体验，以此提高学习效率。5、本专利技术建立了虚拟实验场景，相比于传统教学更具真实性、交互性和体验性。6、本专利技术能够实现汽车的虚拟装配，不仅仅能够提供教学视频，还能够提供虚拟实验平台中汽车部件的装配和认知，而不是直接上手对设备造成不必要的损坏，在未来，虚拟实验平台会成为一个主流趋势，例如装配实验。附图说明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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术汽车装配实验平台布置图；图2为本专利技术系统设计框架图；图3为本专利技术操作主流程图；图4为本专利技术四种子程序流程图；10、PC机20、头戴式显示器30、手柄40、模拟驾驶体验椅50、红外对射器60、定位装置。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。参见图1至图4所示，本专利技术公开了基于虚拟现实技术的汽车装配实验平台，汽车装配实验平台包括虚拟装配硬件设备以及外部报警系统。虚拟装配硬件设备包括PC机10以及与PC机连接的人机交互VR设备；PC机10作为图像计算模块，主要用于编辑和监控虚拟环境，PC机10内置虚拟装配软件Unity3D的虚拟实验平台，虚拟装配软件Unity3D用于渲染本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于虚拟现实技术的汽车装配实验平台，其特征在于，所述汽车装配实验平台包括：一虚拟装配硬件设备，虚拟装配硬件设备包括PC机以及与PC机连接的人机交互VR设备；所述PC机作为图像计算模块，主要用于编辑和监控虚拟环境，PC机内置虚拟装配软件Unity 3D，虚拟装配软件Unity 3D用于渲染环境以及链接虚拟环境和人机交互VR设备，虚拟装配软件Unity 3D可以让操作者在虚拟现实技术的支持下进行汽车装配的实验学习；所述人机交互VR设备具备用于加强虚拟装配环境的真实感，包括头戴式显示器、手柄以及模拟驾驶体验椅；一内置在虚拟装配软件Unity 3D内的装配模型，所述装配模型是指汽车的各个零部件以及车身是依靠模型渲染的方式由UG建模和3DS MAX建立的，导入到虚拟装配软件Unity 3D环境中，用于操作人员在虚拟装配软件Unity 3D中选择并使用；一外部报警系统，外部报警系统为红外线报警系统，用于保证操作者的安全。

【技术特征摘要】
1.基于虚拟现实技术的汽车装配实验平台，其特征在于，所述汽车装配实验平台包括：一虚拟装配硬件设备，虚拟装配硬件设备包括PC机以及与PC机连接的人机交互VR设备；所述PC机作为图像计算模块，主要用于编辑和监控虚拟环境，PC机内置虚拟装配软件Unity3D，虚拟装配软件Unity3D用于渲染环境以及链接虚拟环境和人机交互VR设备，虚拟装配软件Unity3D可以让操作者在虚拟现实技术的支持下进行汽车装配的实验学习；所述人机交互VR设备具备用于加强虚拟装配环境的真实感，包括头戴式显示器、手柄以及模拟驾驶体验椅；一内置在虚拟装配软件Unity3D内的装配模型，所述装配模型是指汽车的各个零部件以及车身是依靠模型渲染的方式由UG建模和3DSMAX建立的，导入到虚拟装配软件Unity3D环境中，用于操作人员在虚拟装配软件Unity3D中选择并使用；一外部报警系统，外部报警系统为红外线报警系统，用于保证操作者的安全。2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的汽车装配实验平台，其特征在于，在汽车装配实验平台的空间范围内，上方2米，对角线5米处设置两个定位装置，定位装置会为系统设定安全区域，与外部报警系统共同确保操作者的安全。3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的汽车装配实验平台，其特征在于，在虚拟装配软件Unity3D中设计部分配件的安装距离限制，部分虚拟汽车器件的安装需要操作者自行在虚拟装配软件Unity3D中移动，才可安装到位。4.基于虚拟现实技术的汽车装配方法，其特征在于，所述汽车装配方法包括如下步骤：步骤1，清空划定区域，打开电源，操作者穿戴完整设备；步骤2，确定外部报警系统开启并能正常运作；步骤3，系统开始，进入教学，操作者需要学习使用教程；步骤4，结束教程后，需要用手柄和按钮选择模式；步骤5，此时操作者有4个选项，器件认知，动画演示，虚拟装配和模拟驾驶功能，供操作者自主手动选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：屠子美，秦琴，朱晓龙，吕沁元，黄楠楠，曹建清，王素娟，沈知玮，陈振宇，文静，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：上海,31