[發(fā)明專利]一種基于Leap Motion和局域網(wǎng)內協(xié)同的虛擬裝配方法

有效

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• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110515455B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發(fā)明（設計）人: 彭延軍;范燁博;王元紅;盧新明
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06Q50/04;G06T19/00
• 代理公司: 青島智地領創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 種艷麗

本發(fā)明公開了一種基于Leap Motion和局域網(wǎng)內協(xié)同的虛擬裝配方法，屬于在多人手勢協(xié)同虛擬裝配的技術領域。本發(fā)明選擇在局域網(wǎng)內協(xié)同技術的基礎上，利用Leap Motion作為主要硬件設備，對工業(yè)零件進行多人協(xié)同手勢控制的虛擬裝配，該方法首先在導入已建好的裝配部件三維模型的基礎上，利用Leap Motion檢測手掌手勢，采集識別相關裝配輸入手勢；通過光線追蹤、剛體碰撞檢測實現(xiàn)裝配部件的拾取；基于局域網(wǎng)協(xié)同技術，實現(xiàn)網(wǎng)絡化虛擬場景下的協(xié)同拆分與裝配。

技術領域

本發(fā)明屬于在多人手勢協(xié)同虛擬裝配的技術領域，具體涉及一種基于LeapMotion和局 域網(wǎng)內協(xié)同的虛擬裝配方法。

背景技術

在機械裝配領域，傳統(tǒng)的裝配方式存在大型機械移動不便、裝配成本高、裝配訓練受時 間地點等約束，已經(jīng)越來越無法滿足人們的需求。前幾年出現(xiàn)的虛擬裝配技術是虛擬制造技 術的一個重要環(huán)節(jié)，在虛擬技術領域和仿真領域中得到了廣泛的應用研究，可以確定產(chǎn)品裝 配過程中最優(yōu)的裝配、拆卸和重組順序，校驗和修改裝配流程，進行裝配可行性、可制造性、 可維護性分析。然而，目前大多數(shù)利用虛擬裝配技術實現(xiàn)的虛擬裝配系統(tǒng)往往不夠真實、操 作困難、可移性差，并且大多只限于一人一計算機的操作模式，缺少自然、直接、易用、多 用的交互方式，造成這類系統(tǒng)普遍存在著“交互不自然”、“使用不方便”等問題，嚴重影 響操作者的操作體驗。

目前的裝配技術主要是分為兩部分實現(xiàn)，一部分是利用電腦仿真技術實現(xiàn)，但該方法實 現(xiàn)的虛擬裝配操作者不便操作；另一部分是基于虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)，通過應用虛擬現(xiàn)實技術， 虛擬裝配技術具有高效、環(huán)保、經(jīng)濟等特點，但操作者無法完全沉浸到整個裝配活動中，用 戶實際參與感不強。并且以上兩種方法在虛擬裝配過程中，目前都只適用于在一臺計算機上 一人進行操作，無法模擬出多人在不同地點同時分別進行裝配部件組裝和拆分的過程，模擬 的通用性和效果有待加強。

現(xiàn)有虛擬裝配方法多采用桌面式虛擬環(huán)境，且多數(shù)停留在使用工程軟件進行零件試裝配， 缺乏真實感，沉浸感不足，較少應用虛擬現(xiàn)實技術。操作人員與虛擬裝配系統(tǒng)的交互大多基 于鼠標及手柄，與真實裝配體驗相差較大，不足以完全體現(xiàn)裝配工藝，不利于解決實際裝配 問題。現(xiàn)有虛擬裝配技術偏重裝配過程的三維圖形仿真，忽視了真實裝配過程中操作人員活 動范圍和身體對裝配操作的影響，應用性不高。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的上述技術問題，本發(fā)明提出了一種基于Leap Motion和局域網(wǎng)內協(xié)同 的虛擬裝配方法，設計合理，克服了現(xiàn)有技術的不足，具有良好的效果。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于Leap Motion和局域網(wǎng)內協(xié)同的虛擬裝配方法，包括如下步驟：

步驟1：對裝配部件進行三維建模得到三維模型后，使用Leap Motion傳感器，感知實體 手，獲取手勢數(shù)據(jù)，計算手部移動速度、位置和方向，進行手勢識別；

步驟2：通過光線追蹤、剛體碰撞檢測判斷手與裝配部件以及零件物體之間是否有碰撞， 若有碰撞則對模型變換坐標進行旋轉，實現(xiàn)裝配部件的拾取及后期的裝配工作；

步驟3：通過局域網(wǎng)內協(xié)同技術，利用Unity進行多用戶局域網(wǎng)互聯(lián)，利用已建立的三維 模型搭建虛擬裝配場景，并將虛擬試驗場景網(wǎng)絡化，實現(xiàn)操作者的手與虛擬環(huán)境中裝配部件 的交互，以及裝配部件的拆分與裝配，實現(xiàn)兩臺或多臺計算機在多用戶手勢控制下的協(xié)同工 作；

步驟4：在所有部件拆分完畢后，學習者S將演示者T在一臺計算機A上已完成拆分，且學習者S已在計算機B上標記好裝配部件，按倒序在計算機A上進行組裝。

優(yōu)選地，在步驟1中，具體包括如下步驟：

步驟1.1對裝配部件進行三維建模；