[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

技術領域

本發明涉及一種機械設備拆裝3D在線誘導系統的誘導方法，屬于制造業信息化交叉領域，尤其與增強現實、人機交互和虛擬裝配技術相關。

背景技術

拆裝(拆卸和裝配)是機械設備維修的重要步驟，是恢復和提高機械設備整機性能和穩定性的重要保障手段，合理的拆裝工藝和操作是維修效率和質量的重要保證。隨著科技生產力的不斷提高，現代大型復雜機械設備已經成為融合機械、電子、動力、信息、控制、能源、電氣、液壓、材料等多學科技術的集成系統，因此其拆裝維修過程涉及到的技術和知識也不斷增加，維修人員單純依靠自身經驗、技術和知識難以高效地完成復雜機械設備的拆卸、維修和裝配。

紙質和電子技術手冊被廣泛用于存儲、查詢拆裝維修技術信息，但使用過程中操作者需邊操作設備邊手動查看手冊，操作難度大、效率低；并且注意力需要在手冊和設備之間頻繁切換，易受周圍環境影響，造成拆裝維修差錯等問題。若有一種可穿戴計算機系統，能夠根據操作者意圖和當前任務同步、直觀、自然地將所需誘導信息疊加在真實拆裝場景中，便可使操作者將雙手、雙眼和注意力集中在設備拆裝維修中，從而大大提高操作效率，減少誤操作。

增強現實技術為上述問題提供了良好的解決方法，增強現實技術是在虛擬現實技術的基礎上發展起來的，它能夠將計算機生成的虛擬信息通過注冊技術準確疊加到真實環境上，使用戶在現實設備上看到一個虛實融合的環境，具有虛實融合和交互的特點，因此在各種操作誘導中具有廣泛的應用前景。

本發明涉及一種應用增強現實技術的機械設備拆裝3D在線誘導系統的誘導方法，通過對現有文獻的檢索，與本發明有關的文章包括：“Evaluating?the?Benefits?of?Augmented?Reality?for?Task?Localization?in?Maintenance?of?an?Armored?Personnel?Carrier?Turret”中ARMAR系統使用戴在手腕上的便攜式電子設備手動查詢下一步操作相關的信息，并將其現實在增強現實設備上.“An?augmented?reality?system?for?training?and?assistance?to?maintenance?in?the?industrial?context”中的STARMATE系統和“Demonstration?of?Assembly?Work?Using?Augmented?Reality”中的VTT系統通過識別語音命令從數據中查詢所需的信息。上述基于增強現實技術的拆裝維修系統多是“以計算機為中心”的程序化引導系統，普適能力差，雖然實現了虛擬信息和真實場景的增強現實疊加，但尚未達到誘導的層次。使用中操作者需自己識別拆裝任務，并通過手動操作計算機設備或語音識別的方式從數據庫中搜索所需信息，因此是以計算機為中心的誘導系統，這樣不僅不適用于噪雜的環境，而且分散了操作者的注意力。

增強現實的目標是通過跟蹤觀察者頭部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，從而將虛擬模型、虛擬信息準確地疊加在真實環境中，實現虛擬場景和真實場景位置的一致性。當前增強現實注冊方法可以分為六類：機械跟蹤法、電磁跟蹤法、超聲波跟蹤法、GPS跟蹤法、慣性方向跟蹤法及光學跟蹤法。其中電磁跟蹤法和超聲波跟蹤法的成本低、精度高，但易受周圍磁場、金屬物體反射的影響。GPS位置跟蹤法跟蹤范圍大，不需要專門的發射裝置，但其精度較低，單個民用GPS的定位精度為十幾米，差分GPS的精度也僅為20厘米左右。慣性方向跟蹤法不需要外部發射裝置，但只能跟蹤方向和加速度，但積分運算得到的位置存在較大的積分累計誤差，且跟蹤結果存在短時浮動；光學跟蹤法應用最為廣泛，它將CCD(固定在操作者頭部)在不同方位拍攝的兩幅圖像進行特征點(或標識點)提取、跟蹤和匹配，利用CCD成像模型計算CCD當前方位，其優點是跟蹤精度高，但跟蹤范圍小，易受遮擋、光線變化等影響，并且當物理環境中物體或標識改變位置時會引起較大的跟蹤誤差，甚至跟蹤失敗，不適合動態環境。