一种基于虚拟现实技术的大型装备研发方法技术

技术编号:4254348 阅读:221 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种基于虚拟现实技术的大型机械设备研发方法,利用虚拟现实技术研究大型机械设备的装配工艺,优化大型机械设备关键零部件的设计,并在虚拟现实环境下模拟大型机械设备的运行情况,优化大型大型机械设备的系统设计。本发明专利技术能够提高大型设备的研制进度,降低能源消耗,节约研制经费,能够充分发挥人的主观能动性和创造性。本发明专利技术的方法不但适用于教学、科研,还能应用到工艺制造、广告宣传等商业领域,具有广泛的适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及,属于虚拟现实技术和机械装备制造的交叉

技术介绍
—个国家所拥有的大型装备的品种、数量和等级是衡量该国工业水平和国防实力 的一个重要标志。我国能否成为世界装备制造基地,问题的关键不在于生产规模能否处于 世界前列,而在于能否形成一大批重要装备的自主开发能力和系统成套能力,即具有重大 技术装备的开发能力。当前,装备制造业在国民经济中的地位日益重要,已经成为我国国民 经济的脊梁,经济增长的动力,高新技术的载体,产业升级的手段和国家安全的保障。装备 制造业是国家的战略性产业,高度发达的装备制造业,是实现工业化的必备条件,是衡量国 家国际竞争力的重要标志,是决定国家在经济全球化进程中国际分工地位的关键因素。我 国要成为制造强国、实现战略性设备的自主研制,就必须装备自己的大型装备。 装备制造业特别是大型装备制造有其自身鲜明的特点需求弹性大、产业关联程 度高;研制周期长,需要投入大量资金;成套性强,需要各个行业的紧密配合;技术难度大, 需要各种高技术的高度集成;科技含量高,对经济增长具有很强的带动作用,对国民经济发 展、产业结构调整具有重要意义。而我国在大型装备开发中利用传统的CAD、 CAM设计出的 产品预见性差,对人类的辅助有限,制造周期长不能快速响应市场,导致制造费用高,产品 缺乏市场竞争力。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足,本专利技术提供了一种能够提高研发进度,降低能源消 耗,节约制造经费,充分发挥人的主观能动性和创造性的基于虚拟现实技术的大型装备研 发方法。 为了实现上述目的本专利技术采取的技术方案是 —种基于虚拟现实技术的大型装备研发方法,利用虚拟现实技术研究大型机械设 备的装配工艺,优化大型机械设备关键零部件的设计,并在虚拟现实环境下模拟大型机械 设备的运行情况,优化大型大型机械设备的系统设计,最终获得大型装备的最佳设计方案。 本专利技术更优选的实施方案是提供了一种基于虚拟现实技术的大型装备研发方 法,包括以下的步骤 (1)对大型机械设备进行分析和设计; (2)对大型机械设备进行初步的总体布局; (3)利用三维建模软件构建大型机械设备零件的虚拟模型; (4)设置虚拟装配软硬件系统; (5)将零件的虚拟模型导入虚拟环境中,增加虚拟零件的物理属性、动力学、运动 学条件,通过编程解决系统软硬件接口问题,实现工程技术人员与虚拟环境的交互; (6)由工程技术人员通过外部设备与虚拟环境进行交互,在虚拟环境中,按照设计 人员的设计意图进行设计、装配,研究大型装备的装配工艺,完成该工艺的装备设计; (7)检查、修改产品设计、装配过程,分析工艺流程的合理性,并由系统记录装配的 各种信息; (8)在完成大型机械设备三维实体模型的最终设计后,在虚拟环境中试运行进行 全机干涉检查,检查是否满足设计、装配要求,若未满足要求,则返回步骤(6)重新设计、装 配; (9)满足要求后,得到设备的虚拟装配模型,保存相关数据文件。 所述的步骤(1)中对大型机械设备进行分析和设计,包括对大型装备进行整体受力分析,对各种零件结构进行分析和比较,完成主体机架及相关零部件的分析以及设计。 所述的步骤(8)中主要是利用虚拟现实技术,对开发完的大型机械装备进行试运行试验研究,对大型机械装备的基础性能的试运行以及检验结构外观,进而在虚拟环境下对大型装备的设计进行优化,获得大型装备的最佳设计方案。 本专利技术利用虚拟现实技术提供的沉浸性、交互性和想象性使操作者能够进入一个 由计算机生成的交互式三维虚拟环境,在虚拟环境下实现大型机械装备的设计开发、工艺 规划、装配检查、性能评测等研发过程,进而获得大型机械装备的最佳设计方案。这种技术 提高了研发进度,降低了能源消耗,节约了制造经费,充分发挥了人的主观能动性和创造 性。为大型机械装备研发提供了更加先进、更加灵活的手段,不但适用于教学、科研,还能应 用到诸如工艺制造、广告宣传等商业领域,具有广泛的适用性。附图说明 图1为本专利技术基于虚拟现实技术的大型机械设备研发方法流程图。 图2为本专利技术虚拟装配系统组成结构图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明,但不作为对本专利技术的限定。 本专利技术是针对大型装备的结构分析及关键零部件的设计,并利用虚拟现实技术研 究大型装备的装配工艺以及运行实验研究,最终,通过运行实验结果获得大型装备的最佳 设计方案。 参见图l,本专利技术是一种基于虚拟现实技术的大型机械设备研发方法,具体步骤如 下 步骤101 :对大型机械设备进行分析和设计; 对大型机械设备进行整体受力分析,对各种零件结构进行分析和比较,完成主体 机架及相关零部件的分析以及设计。步骤102 :对大型机械设备进行初步的总体布局; 对大型机械设备进行初步的总体布局,主要包括建立主模型空间,进行初步的结 构、系统总体布局。本专利技术构建的虚拟装配系统由3个功能模块组成,参见图2,分别为建模 系统、虚拟现实平台和人机交互界面,其中虚拟现实平台完成虚拟场景管理、装配管理、装 配顺序与路径规划、输入输出管理,在建模系统中,利用建模软件建立大型设备的三维模型4并赋予装配零件信息,通过数据接口传递给虚拟现实平台进行装配研究,用户通过人机交 互界面与虚拟现实平台交互,完成该专利技术的设计与操作;其中,在虚拟现实平台中,虚拟场 景管理负责模型可视与虚拟环境的管理;模型管理、碰撞管理、约束管理、文件管理控制虚 拟环境中模型的各种属性;装配顺序与路径规划记录零件装配过程中的安装顺序和移动路径,最终将通过输入输出管理实现用户与虚拟现实平台之间的信息数据传输; 步骤103 :构建虚拟模型; 利用三维建模软件(如SolidWorks、 ProE等)构建大型机械设备零件的虚拟模 型,包括虚拟几何模型、物理属性信息和零件包含的工程设计信息。本专利技术构建的虚拟模型 利用CAD系统在建模过程中建立零件的几何信息、装配约束信息、装配层次信息;该装配建 模过程只考虑零件的装配位置和约束关系,装配序列和装配路径在以下步骤中详细分析; 步骤104 :设置虚拟装配软硬件系统; 构造虚拟装配环境,将所需工具调入系统,并配置虚拟装配系统外部设备;如数据 手套,位置跟踪器,数据头盔等; 步骤105 :导入虚拟模型,并添加各种属性,实现人机交互; 将零件的虚拟模型导入虚拟环境中,增加虚拟零件的物理属性、动力学、运动学等条件以及装配约束与碰撞处理技术,通过编程解决系统软硬件接口问题,实现工程技术人员与虚拟环境的交互。本专利技术中利用物理引擎提供类似于真实的物理系统,使物体的运动遵循固定的规律,物理引擎计算虚拟场景中物体与场景之间、物体与角色之间、物体与物体之间的运动交互和动力学特性,大型装备在虚拟场景中可以具有质量、具有重力、具有碰撞、受力变形等属性,使其达到与真实世界相同的效果。步骤106 :由工程技术人员在虚拟环境中进行设计、装配; 由工程技术人员通过各种外部设备与虚拟环境进行交互,在虚拟环境中,按照设 计人员的设计意图进行设计、装配,研究大型装备的装配工艺,完成该工艺的装备设计;本 专利技术过程研究在虚拟场景中大型设备的装配顺序和路径,系统采用统一的数据结构表达装 配顺序,使装配顺序和装配路径相对应,自动记录用户的操本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟现实技术的大型装备研发方法,其特征在于,利用虚拟现实技术研究大型机械设备的装配工艺,优化大型机械设备关键零部件的设计,并在虚拟现实环境下模拟大型机械设备的运行情况,优化大型大型机械设备的系统设计,最终获得大型装备的最佳设计方案。

【技术特征摘要】
一种基于虚拟现实技术的大型装备研发方法,其特征在于,利用虚拟现实技术研究大型机械设备的装配工艺,优化大型机械设备关键零部件的设计,并在虚拟现实环境下模拟大型机械设备的运行情况,优化大型大型机械设备的系统设计,最终获得大型装备的最佳设计方案。2. 根据权利要求1中所述的基于虚拟现实技术的大型装备研发方法,其特征在于,包 括以下的步骤(1) 对大型机械设备进行分析和设计;(2) 对大型机械设备进行初步的总体布局;(3) 利用三维建模软件构建大型机械设备零件的虚拟模型;(4) 设置虚拟装配软硬件系统;(5) 将零件的虚拟模型导入虚拟环境中,增加虚拟零件的物理属性、动力学、运动学条 件,通过编程解决系统软硬件接口问题,实现工程技术人员与虚拟环境的交互;(6) 由工程技术人员通过外部设备与虚拟环境进行交互,在虚拟环境中,按照设计人员 的设计意图进行设计、装配,研究大型装备的装配工艺,完成该工艺的装备设计;(7) 检查...

【专利技术属性】
技术研发人员:单忠德战晓磊杨杰张静
申请(专利权)人:机械科学研究总院先进制造技术研究中心
类型:发明
国别省市:11[中国|北京]

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