[發明專利]一種機械設備拆裝3D在線誘導系統的誘導方法

無效

• 申請號: 201210117308.5
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN102789514A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 陳成軍;洪軍
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F3/01
• 代理公司: 北京富天民宏濟知識產權代理事務所(普通合伙) 11272
• 代理人: 劉壽椿;龔雅民

1.一種機械設備拆裝3D在線誘導系統的誘導方法，所述誘導系統包括一個眼鏡式增強現實頭盔、手部位置跟蹤器、計算機，所述增強現實頭盔上帶有兩塊顯示屏和2個攝像頭，增強現實頭盔、位置跟蹤器與計算機之間可實現無線通信，其特征在于，實現所述機械設備拆裝3D在線誘導系統的誘導方法的步驟如下：

第一，虛擬裝配模型轉換：通過對CAD系統二次開發，將產品CAD格式的裝配模型轉化為虛擬裝配模型，其中包括各零件模型和零件間的裝配約束模型；

第二，誘導系統的初始化：機械設備拆裝3D在線誘導系統在加載上述虛擬裝配模型，并考慮到重力支撐約束、工具拆卸空間約束和拆卸過程中碰撞的基礎上，建立零件間的拆卸約束優先關系樹模型；

第三，拆裝意圖的識別：在機械設備拆裝3D在線誘導系統的運行過程中，實時重建三維拆裝場景，并進行零件識別，根據重建場景中心區域的零件、操作者手部的運動、手部的位置識別操作者關注的焦點零件；根據產品的拆卸約束優先關系樹模型向操作者提示下一步將要拆裝的零件；

第四，誘導信息的生成：建立零件裝配約束操作的自由帶轉化歸約模型和裝配工具選擇模型；并基于建立的自由帶轉化歸約模型和裝配工具選擇模型，系統根據識別到的下一步將要拆卸的零件、拆卸約束優先關系樹模型，以動畫的形式生成機械設備拆裝3D誘導信息，以向操作者表達零件的拆裝方向和所使用的拆裝工具等；

第五，誘導信息的疊加：基于重建場景中已裝配零件上的機械特征在CCD坐標系中的坐標及其在裝配模型中的相對于世界坐標系的坐標，實時計算觀察者頭部CCD相對于世界坐標系的方位，建立觀察虛擬信息的虛擬視點的位置，從而將3D虛擬誘導信息準確地疊加在真實環境中，并將虛擬誘導信息和CCD拍攝的真實場景發送到頭盔顯示器上顯示給操作者；

第六，重復第三步驟至第五步驟，直至完成機械設備拆裝的在線誘導。

2.根據權利要求1所述的誘導方法，其特征在于，第一步驟的具體步驟為：通過對商業CAD軟件二次開發，提取設備中各零件的信息和零件間的裝配約束信息，其中零件信息包括：零件名稱、零件三維模型、零件拓撲信息：零件-設計特征-面-線-點的連接關系、零件上特征點和特征線的坐標；裝配約束信息包括，約束名稱、約束類型、約束參數、該約束涉及的零件名稱，該約束涉及零件特征的名稱和涉及零件在裝配體中的位置。

3.根據權利要求1所述的誘導方法，其特征在于，第三步驟的具體步驟為：在機械設備拆裝3D在線誘導系統的運行過程中，3D拆裝在線誘導系統通過增強現實頭盔上安裝的兩個攝像頭采集拆裝場景圖像，并對拆裝系統在CCD坐標系中進行3D重建，裝配模型中的零件的3D模型和3D重建模型對比，進行零件識別；3D拆裝在線誘導系統通過操作者手部運動、位置和重建場景的中心區零件識別操作者關注的零件；建立拆卸優先關系樹模型的拆卸目標感知方法，3D拆裝在線誘導系統使用拆卸約束優先關系樹模型，基于植物枯萎仿生原理向操作者提示下一步將要拆裝的零件。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，第四步驟的具體步驟如下：將當前拆裝任務轉化為拆裝語義，利用規則庫對將要拆裝的目標零部件進行自由度轉化和歸約得到零部件拆裝方向，根據拆裝約束的形式選擇合適的工具，最后生成拆裝虛擬動畫，以演示如何將零部件從裝配體上拆卸下來，或如何安裝在裝配體上，從而向操作者輸出誘導信息。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，第五步驟的具體步驟如下：對已裝配零件進行在CCD坐標系中進行三維重建，提取重建模型上已裝配零件上的機械特征的坐標，將所述機械特征相對于CCD坐標系的重建坐標與其在虛擬裝配模型中相對于世界坐標系的裝配坐標比對，利用矩陣換算關系得到CCD在世界坐標性中的方位，從而實現基于無人工標識的增強現實注冊。