基于双手交互的虚拟装配仿真技术
面向虚拟装配的双手交互模式研究

面向虚拟装配的双手交互模式研究摘要:在虚拟环境中,虚拟手作为一个自然、直观的交互通道,其灵活逼真的交互动作是达到自然和谐高效的人机交互的关键。
为仿真现实中双手工作方式,深入研究了双手交互的理论和实践,且深入探讨了双手交互模式描述的方式和手段。
并在理论研究的基础上,在虚拟装配原型系统中验证了虚拟手双手协同完成装配任务。
实践证明基于计算感知的虚拟手对增强虚拟装配的情景真实和工艺验证起到了很重要的作用,也具有较好的性能。
关键词:虚拟环境;人机交互;虚拟手;虚拟装配;双手交互0 引言在现实生活中,手是人与外界交互的主要工具。
在虚拟环境中,人们希望像现实世界一样来操纵虚拟物体。
虚拟手作为一种直观的交互方式,便于用户自然、和谐、高效地操作,尤其是对人机交互有极高要求虚拟装配来说,需要虚拟手的介入来验证装配的切实可行性和符合工艺设计要求。
国外从1988年就开始了虚拟手的研究。
Geneva大学的Thalmann M教授领导的MIRA实验室是研究人机交互和虚拟手的最著名的团队之一。
他们提出了一种依赖关节的局部变形模型用于人手的动画和对象的抓取,接着又提出了一种基于DFFD的人手变形模型。
Kunii等人提出了基于环流映射的人手和手臂模型,并以此为基础实现了几种较为真实的手势。
在双手操作方面,Guiard提出了运动链模型,对双手的逻辑分工作出了很好的定义和说明,且有一些分析和实验验证结果,对以后双手的非对称研究有很重要的借鉴意义。
Buxton和Myers以实验验证了双手交互技术不仅对于新手来说很容易学习,还能提高用户操作的性能。
Kabbash等人对优先手和非优先手在指和拖拽任务方面作了比较,表明两只手是互补的,每一个手都有其自身的强项和弱项。
H. Sun 等人设计了一个双手装配系统。
在系统中,双手可以按照约定的约束条件协同完成一项装配任务。
1 双手交互的理论基础双手交互的出发点是充分利用人在现实生活中习得的劳动技能和操作技巧,提高交互的自然性。
面向虚拟装配的双手交互模式研究

的 劳 动 技 能 和 操 作 技 巧 , 高交 互 的 自然 性 。跟 单 手 操 作 提
0 引 言
在 现 实 生 活 中 , 是 人 与 外 界 交 互 的 主 要 工 具 。 在 虚 手
相 比 , 手 操 作 是 面 向用 户 的 , 仅 需 要 考 虑 功 能 的 实 现 , 双 不
摘 要 : 虚 拟 环 境 中 , 拟 手 作 为 一 个 自然 、 在 虚 直观 的 交 互 通 道 , 灵 活 逼 真 的 交 互 动 作 是 达 到 自然 和 谐 高 效 的 人 机 其
交互 的关 键 。 为仿 真现 实 中双 手 工作 方 式 , 入 研 究 了 双 手 交 互 的 理 论 和 实践 , 深 入 探 讨 了双 手 交 互 模 式 描 述 的 深 且 方 式 和 手 段 。并 在 理 论 研 究 的 基 础 上 , 在虚 拟 装 配原 型 系统 中验 证 了虚 拟 手 双 手 协 同 完 成 装 配 任 务 。 实 践 证 明基 于
计 算 感 知 的 虚 拟 手 对增 强 虚 拟 装 配 的 情 景 真 实 和 工 艺 验 证 起 到 了很 重要 的 作 用 , 具 有 较 好 的性 能 。 也
关 键 词 : 拟 环 境 ; 机 交 互 ; 拟 手 ; 拟 装 配 ; 手 交 互 虚 人 虚 虚 双 中图分类号 : 319 TP 9 . 文献标识码 : A 文 章 编 号 : 6 2 7 0 ( 0 1 0 —0 i0 l 7 — 8 0 2 l ) 30 5 -3
现 了几 种 较 为 真 实 的 手 势 。 在 双 手 操 作 方 面 , i d提 出 了 运 动 链 模 型 , 双 手 的 Gua r 对
倒茶等 。
1 2 双 手 交 互 的 心 理 学 基 础 .
沉浸式虚拟装配仿真技术研究

开发 , 提高装 配操作 体验 的沉浸感 提供保 障 。 为
收 稿 日期 :0 0—0 ~1 21 6 8 作者简介: 刘
呖 ( 90一)男 , 南 永 州人 , 北 工业 大学 博 士 后 , 要 研究 方 向为 C D/ AM。 18 , 湖 西 主 A C
其他 虚拟 外设与 装配零部 件进行 交 互 , 而体 验真 实的维修 装 配感 觉 , 从 达到 装配 维修 训练 与试 装 配 的 目的 。最后 , 一个 多人沉 浸式虚拟 现 实硬 件 平 台下开发 虚 拟 维修 装配仿 真 原 型 系统 , 在 以齿
轮 箱的拆装作 为 实例 , 验证 了该仿 真框 架的有 效性 , 为装 配操 作人 员提 供 了一 种优 良的沉 浸式 用
・
现代 设计 与 先进 制造 技术 ・
刘 呖 陈
冰
鲍 福廷
沉 浸式 虚拟 装配 仿 真技术 研究
了基于物 理 的虚 拟 手 抓 持 为 装 配 力 计 算 提 供 3,
了条件 。西北工 业 大学 莫 蓉教 授 对 虚 拟装 配 可视 化 与装配 规划等关 键技术 进行 了大量 的研究 l 。 4 J
本文 提 出了一个 沉 浸 式虚 拟现 实 环境 下 的多 体动 力学维 修装 配仿真框 架 , 围绕该框 架对 多体 并
点和 热点 。华 盛顿 州 立 大学 与美 国 国家 标 准技 术 研究 所 ( S 合 作 开 发 的 虚 拟 装 配 设 计 环 境 NIT)
V DE(Vi ul se l DeinE vrn n ) A r a A smby s n i me t 采 t g o
基于虚拟装配工艺模型装配工序交叉探究

基于虚拟装配工艺模型装配工序交叉探究摘要:虚拟装配是近几年研究的热点问题,是虚拟制造技术的主要研究方向,研究它有极其重要的意义。
它建立了一个全方位的虚拟环境,运用一些技术如计算机建模和仿真技术、计算机辅助设计等技术,它以产品设计为出发点,这样设计师可以在我们虚拟的环境中进行产品的各种设计以及检测和评估产品的各项性能是否符合装配并最终建立合理的方案。
关键词:虚拟装配技术装备规划优化零部件近几十年中在虚拟制造技术中兴起了一个新的研究方向,是关于如何进行虚拟装配,它以产品装配为基础,目标是尽量增加产品的全生命周期和它有关联全过程中设计的质量。
产品设计允许在虚拟的环境中进行,包括对各种产品的设计、装配操作与规划、检测与评估产品的装配质量,以及设计恰当的装配方法,要实现这些功能,我们必须借助各种辅助技术,如计算机建模和仿真技术、虚拟现实技术以及信息技术等,这样就可以建立一个与真实环境相差不大的虚拟环境。
国际上虚拟装配技术虽有了很大的突破,但我们可以看出,这项技术无论是在理论还是方法上都有待提高,很多研究或者取得成功的成果都处于试验和调试阶段,离大规模应用还有很长一段路要走,但我们可以肯定虚拟装配的应用前景很广阔。
1 虚拟装配的核心技术虚拟装配的核心技术主要包括以下几个方面:如何优化与规划装配序列、如何规划路径、合理性的评价和装配的误差分析以及零部件建模等。
以上这些技术必须首先解决,它们是开发虚拟装配大规模应用的基础。
1.1 零部件建模由于各种系统在开发过程中有所不同,在对虚拟装配模型建立中所用的方法也有很大的差异。
由于当前关于虚拟现实软件建模技术的限制,在虚拟装配零部件模型建立过程中最主要用的还是CAD系统。
下面来介绍两种主要的模型:CAD模型和转换的CAD模型。
第一种模型有以下几个优点:其一虚拟装配应用系统源于CAD系统的开发应用,因为它可以直接运用于CAD系统功能部件的CAD模型。
其二如果运用CAD模型配套的虚拟装配系统比较容易完成,诸如零部件以及装配体的建模、装配仿真就允许在同一个系统下运行,对于操作来说方便了很多,但同时也会带来一定的不足如仿真的真实性就会受到影响,所以该模型用于产品的设计阶段。
基于VRML和Java的交互式虚拟装配技术研究

K e r s:v ru s mbl y wo d it a a e l s e;e tr a u h rn ne a e;s rpta t oi g i e a e;i trc in xe la t o g i tr c n i f c i u h rn ntr c f ne a to
a d J v a e n rs a c e he it rc v to s ew e e vr a e l yw d d o ti ew r a e n it u e n a a h sb e e e h d.t e a t e meh d t e nt i u r ai o d a u s o l h sb e r c d。 r n i b h tl t n d d no d t ed n m ce ] t fte me h n c lp o u t ne a t e a s mb es s m a e n r a z d b o i i gJ A d EA i h y a i muae o c a ia r d c tr ci s e l y t h sb e e ie y c mb nn S Ia 1w t h i v e l n h
Ab t a t sr c :Vi u s e l o e e r h a e i u l n f cu e n ti p p r t ec mmu iai n p oo o f ML a a A s mby i a h t s ac a i v r a l s r r n t ma u a t r .I s a e 。 h o h n c t rtc l o o VR
协作机器人虚拟仿真系统的设计与开发

设计与开发2023-11-09•引言•协作机器人虚拟仿真系统总体设计•协作机器人虚拟仿真系统硬件设计•协作机器人虚拟仿真系统软件设计•协作机器人虚拟仿真系统实验与验证目•结论与展望录01引言研究背景与意义协作机器人(Cobots)技术的快速发展,使得在工业和医疗等领域的应用越来越广泛。
然而,在协作机器人使用过程中,存在由于操作不当或意外情况导致的安全风险。
通过虚拟仿真技术,可以在实际操作前对协作机器人进行模拟和测试,降低使用风险。
010203研究现状与问题当前,已有一些关于协作机器人虚拟仿真技术的研究,但还存在一些问题。
例如,虚拟仿真模型的精度和逼真度不够高,无法完全模拟真实环境。
同时,现有的虚拟仿真系统缺乏对人类操作者的友好性,使得操作者难以直观地进行操作和测试。
010302研究内容与方法本研究旨在设计并开发一个高效、逼真的协作机器人虚拟仿真系统。
最后,为了提高人类操作者的体验,将设计一个友好的用户界面,使得操作者可以直观地进行操作和测试。
首先,将建立精细的3D模型来模拟真实的协作机器人及其周围环境。
其次,通过引入物理引擎和人工智能技术,实现机器人与环境的实时交互。
02协作机器人虚拟仿真系统总体设计系统需求分析安全性需求在系统设计时,需要考虑到机器人的安全性,包括防止机器人对人员造成伤害、与人类工作人员的交互安全等方面。
功能性需求系统需要具备机器人模拟运行、操作控制、任务执行等功能,同时要满足不同用户的需求。
性能需求系统需要具备稳定、高效、响应速度快等性能,以确保用户的使用体验。
系统架构设计基于组件的架构系统采用基于组件的架构,将系统划分为多个组件,每个组件负责不同的功能模块,如机器人模拟运行模块、操作控制模块等。
层次结构系统采用层次结构,将各个组件按照不同的层次进行组织,使得系统更加清晰、易于维护和扩展。
开放式架构系统采用开放式架构,支持第三方组件的集成和扩展,使得系统具有更好的可扩展性和可重用性。
智能制造中的虚拟装配技术
智能制造中的虚拟装配技术引言随着智能制造技术的不断发展,虚拟装配技术逐渐成为工业制造的重要方向。
虚拟装配技术为制造业带来了更高的效率和更低的成本,极大地提高了制造产业的竞争力。
在智能制造应用场景中,虚拟装配技术已经成为了制造企业必备的技术之一。
一、虚拟装配技术的定义虚拟装配技术是指通过计算机模拟、仿真和评估的方法,将产品设计、生产制造和维护技术等相关流程模拟到计算机中,达到设计理论和实际生产流程同步的目的,实现真实装配的效果显示和评估。
依靠虚拟装配技术,可以在真实生产前发现原型机、装配方案等存在的问题,避免生产制造过程中的错误和延误,提高制造效率和产品品质。
二、虚拟装配技术的应用领域1.工业自动化领域虚拟装配技术可以应用在工业自动化领域,通过对各种机器人进行虚拟实验,降低机器人的开发成本,进而加速机器人的研发周期。
2.汽车、航空、船舶等制造行业在汽车、航空、船舶等制造行业中,虚拟装配技术可以通过CAD/CAM等技术,进行整车、零部件的虚拟装配设计。
依靠虚拟装配技术,可以提前发现零部件、装配方案等存在的问题,以避免零部件在生产前的错误,缩短生产制造周期,提高产品品质。
3.机器人仿真和控制虚拟装配技术可以被用于机器人的仿真设计和控制。
通过透过求解虚拟装配方案,提前识别存在的问题,以避免生产制造中机器人的错误。
三、虚拟装配技术的应用优势1. 增加生产效率制造企业可以通过虚拟装配技术,提前发现制造中可能存在的问题,以避免错误和延误,从而进一步提高了生产和制造的效率。
2. 改善了产品质量虚拟装配技术可以通过不断的设计和方案优化,找出不合理的部件或装配方案,提高产品的质量,防止运行中的故障。
3. 降低成本虚拟装配技术以修改和优化的方式,可以降低制造成本、人工成本和设备成本,通过模拟生产和优化设计,可以更好的控制产品的生产成本。
四、虚拟装配技术的关键技术1. 三维模型建立与管理通过对三维模型进行建立与管理,实现虚拟装配及一整个产品的虚拟设计。
虚拟装配关键技术
“虚拟装配关键技术”资料合集目录一、虚拟装配关键技术及其仿真应用的研究二、虚拟装配关键技术及其发展三、虚拟装配关键技术研究与实现四、虚拟装配关键技术及其仿真应用的研究五、定制家具产品的虚拟装配关键技术及应用虚拟装配关键技术及其仿真应用的研究随着现代制造业的不断发展,产品复杂度日益增加,虚拟装配技术逐渐成为制造业的重要组成部分。
虚拟装配是在计算机上进行的产品数字化建模和仿真,帮助企业实现更高效的设计和制造。
本文将详细介绍虚拟装配中的关键技术及其在不同领域的应用场景,并通过案例分析阐述虚拟装配技术的重要性和发展趋势。
一、虚拟装配关键技术1、模型构建模型构建是虚拟装配技术的核心,它包括产品模型、工具模型和环境模型的构建。
产品模型需要精确地反映实际产品的几何特征、材料属性等;工具模型需要表达实际操作过程中使用的工具的几何特征及操作过程;环境模型则需要模拟实际制造环境中的各种因素,如重力、磁场等。
2、数据管理虚拟装配中的数据管理涉及产品数据、操作数据和仿真数据的管理。
产品数据包括产品几何模型、材料属性、装配关系等信息;操作数据包括操作顺序、操作时间、操作力矩等信息;仿真数据包括仿真结果、性能指标、故障信息等。
数据管理需要有效地组织和处理这些数据,以支持虚拟装配的顺利进行。
3、实时仿真实时仿真是虚拟装配技术的关键,它需要在计算机上对产品模型进行实时动力学仿真,以验证产品设计是否合理、装配过程是否顺畅。
实时仿真需要高效率、高精度的仿真算法和强大的计算机处理能力。
二、虚拟装配技术的应用场景1、机械制造在机械制造领域,虚拟装配技术被广泛应用于各类机械设备的设计和制造过程中。
例如,在挖掘机设计过程中,通过虚拟装配技术对挖掘机零部件进行建模和仿真,提前发现和解决潜在的设计和制造问题,大大缩短了产品研发周期。
2、航空航天在航空航天领域,由于产品具有高复杂度,虚拟装配技术显得尤为重要。
通过对飞机和火箭等产品设计进行虚拟装配,可以有效地验证设计的合理性和装配过程的可行性,减少实际装配过程中可能出现的问题。
机械制造过程中的可视化与虚拟装配技术
机械制造过程中的可视化与虚拟装配技术随着科技的发展和制造业的进步,可视化与虚拟装配技术正在机械制造领域发挥着越来越重要的作用。
通过可视化与虚拟装配技术,工程师们可以在设计阶段进行真实感观的模拟,从而快速识别和解决潜在的问题,提高生产效率和产品质量。
本文将就机械制造过程中的可视化与虚拟装配技术展开讨论。
可视化技术是指通过图像、视频或虚拟现实等方式将设计与实物结合,使人们能够直观地观察到产品的外观、结构和功能。
在机械制造过程中,可视化技术可以通过三维模型的建立和展示,快速呈现产品的设计方案,并在设计阶段就发现并纠正存在的问题。
例如,在汽车生产中,设计师们可以使用可视化技术来快速验证汽车的外观设计,以及组件之间的连接和操作方式。
这样,在产品进入实际生产之前,就可以确保产品的功能和形态是符合设计要求的。
虚拟装配技术是指在计算机环境中进行产品装配的过程,通过模拟和仿真,实现产品的各个组成部分之间的交互和协作。
通过虚拟装配技术,工程师们可以在没有实际部件的情况下,进行装配的演示和优化,减少了实物装配过程中的时间和成本。
例如,在飞机制造中,虚拟装配技术可以帮助工程师们预测部件装配的难度和装配顺序,并及时发现并解决装配过程中的冲突和问题。
这不仅可以提高装配的效率,还可以减少装配过程中的人为错误。
可视化与虚拟装配技术的结合,可以实现更加真实和直观的装配过程模拟。
通过将虚拟装配技术与可视化技术相结合,工程师们可以在虚拟环境中进行产品装配,并实时观察到产品的形态和组成部分之间的关系。
这使得工程师们能够更准确地评估产品的装配难度,优化装配顺序,并解决装配过程中可能存在的冲突和问题。
例如,在船舶制造中,工程师们可以利用可视化与虚拟装配技术,通过实时的模拟和仿真,观察到船舶不同部分之间的装配情况,以及与其他设备和系统的协调情况。
这样,可以及时调整设计和装配方案,减少装配过程中的错误和调整。
可视化与虚拟装配技术在机械制造领域的应用,不仅可以提高产品的设计质量和装配效率,还可以减少生产成本和资源浪费。
基于人机交互的虚拟现实训练仿真系统设计与实现
基于人机交互的虚拟现实训练仿真系统设计与实现1. 引言虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)技术是一种以计算机仿真为基础,通过头戴式显示器、手柄或手套等感知设备,让用户沉浸在虚拟的三维环境中的技术。
它在各个领域的应用越来越广泛,其中,基于人机交互的虚拟现实训练仿真系统对于训练和教育领域具有重要意义。
本文将介绍基于人机交互的虚拟现实训练仿真系统的设计与实现。
2. 系统需求分析在设计与实现基于人机交互的虚拟现实训练仿真系统之前,首先需要对系统的需求进行分析。
对于训练与教育领域而言,系统需要具备以下功能:- 虚拟环境模拟:系统能够模拟真实世界中的场景或任务,使用户可以在虚拟环境中进行实际操作。
- 交互设备支持:系统应能够支持多种交互设备,如头戴式显示器、手柄、手套等,以提供更为真实的交互体验。
- 实时反馈与评估:系统能够实时给予用户反馈,评估用户的操作与表现,帮助用户改进技能。
- 多人协作:系统支持多个用户同时进行训练,实现团队合作与协作。
- 数据记录与分析:系统能够记录用户的操作数据,并进行分析与统计,为后续训练提供参考。
3. 系统设计基于以上需求分析,可以开始系统的设计。
下面将从系统架构、虚拟环境建模与实现、交互设备支持、实时反馈与评估、多人协作以及数据记录与分析等方面进行说明。
3.1 系统架构基于人机交互的虚拟现实训练仿真系统可以采用客户端-服务器架构。
通过客户端与服务器的通信,将虚拟环境数据传输给客户端,同时接收来自客户端的交互指令。
服务器负责虚拟环境的建模与渲染,而客户端则负责接收用户的交互输入,并将数据传输给服务器。
3.2 虚拟环境建模与实现虚拟环境的建模与实现是基于人机交互的虚拟现实训练仿真系统中的核心任务。
可以使用计算机图形学技术进行虚拟场景的建模与渲染。
在虚拟环境中,需要将真实世界的场景或任务进行3D建模,并应用纹理、光照等技术增加真实感。
3.3 交互设备支持为了提供真实的交互体验,系统需要支持多种交互设备。
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基于双手交互的虚拟装配仿真技术研究
张超峰1 ,谭同德1 ,赵新灿1 ,张 丽2
( 1. 郑州大学 信息工程学院 , 河南 郑州 4 5 0 0 0 1; ) 2. 河南理工大学 经济管理学院 , 河南 焦作 4 5 4 0 0 3
摘 要 : 针对现存的虚拟装配系统交互的沉浸感和适应性不强等缺点 , 采 用 一 对 正 交 放 置 的 光 学 摄 像 机 , 首 先 从 二 值 图 像 中提取双手轮廓 , 自动跟踪双手的运动 轨 迹 , 同 时 利 用 手 势 轮 廓 的 H u矩 特 征 进 行 手 势 识 别,分 离 出 左 右 手 的 移 动 向 量, 根据物体的轴向包围盒进行碰撞检测 , 实现了一个可以用双手与计算机进行交互的虚拟装配系统 , 验证了方法的可行性 。 关键词 : 虚拟装配 ; 手形提取 ; 手势识别 ; H u 矩 ; 手势跟踪 ; 碰撞检测 )1 中图法分类号 :T P 3 9 1 . 4 1 文献标识号 :A 文章编号 : 1 0 0 0 7 0 2 4( 2 0 1 2 1 4 3 7 2 0 5 - - -
2 0 1 2年1 1月 第3 3卷 第1 1期
计算机工程与设计
C OMP UT E R E NG I N E E R I NG AN D D E S I2 V o l . 3 3 N o . 1 1
1 1 1 2 , , Z HANG C h a o f e n TAN T o n d e Z HAO X i n c a n Z HANG L i - - - g, g
( , , ; 1. S c h o o l o f I n f o r m a t i o n E n i n e e r i n Z h e n z h o u U n i v e r s i t Z h e n z h o u 4 5 0 0 0 1, C h i n a g g g y g ,H , ) 2. S c h o o l o f E c o n o m i c M a n a e m e n t e n a n P o l t e c h n i c U n i v e r s i t J i a o z u o 4 5 4 0 0 3, C h i n a g y y
R e s e a r c h o n d o u b l e h a n d i n t e r a c t i o n t e c h n o l o i n v i r t u a l a s s e m b l s i m u l a t i o n g y y
:T , A b s t r a c t r o b l e m o s o l v e t h e o f t h e e x i s t i n v i r t u a l a s s e m b l s s t e m’ s b a d i mm e r s i o n a n d i n t e r a c t i o n ap a i r o f o t i c a l c a m e r a p g y y p , , a r r a n e d o r t h o o n a l l i s u s e d . F i r s t l t h e c o n t o u r o f h a n d s i s o b t a i n e d f r o m b i n a r i m a e s a n d t h e t r a e c t o r i e s o f d o u b l e h a n d s g g y y y g j , , t r a c k e d a u t o m a t i c a l l w h i l e i t u s e d H u m o m e n t s o f c o n t o u r s t o r e c o n i z e a n d i s o l a t e d l e f t a n d r i h t m o t i o n v e c t o r s a r e e s t u r e s y g g g ’ , , a c c o r d i n t o t h e o b e c t s a x i s a l i n e d b o u n d i n b o x e s t o d e t e c t c o l l i s i o n a v i r t u a l a s s e m b l s s t e m i s i m l e m e n t e d w h i c h u s e r s - g j g g y y p , c a n u s e b o t h h a n d s t o i n t e r a c t w i t h c o m u t e r . F i n a l l t h e f e a s i b i l i t o f t h e m e t h o d i s v e r i f i e d . p y y : ; ; ;H ; ; K e w o r d s v i r t u a l a s s e m b l h a n d s s h a e e x t r a c t i n e s t u r e r e c o n i t i o n u m o m e n t s h a n d s t r a c k i n c o l l i s i o n d e t e c t i o n y p g g g g y