基于虚拟现实技术的减速器装配仿真系统设计思想

王玥

摘   要：近年来，随着虚拟现实技术的广泛应用，机电一体化设计行业开始引入了此项技术。通过大量事实的验证得出，虚拟现实技术在机电一体化仿真系统的应用过程中，工作效率得到明显的提升，人力、物力成本也得到了明显的降低。为了更好地将虚拟现实技术应用到机械领域当中，文章以减速器装配为研究对象，提出了一种基于虚拟现实技术的减速器装配仿真的系统设计思想。

关键词：虚拟现实技术;机电一体化;减速器;系统设计

随着虚拟（Virtual Reality，VR）现实“元年”的到来，各行各业纷纷开始投入到虚拟现实技术研究行列的大军之中，虚拟现实技术的出现给的生产方式和生活方式带来了巨大的变革。在军事、医疗领域中的应用效果有目共睹，为了更好地将虚拟现实技术应用到机械领域当中，本文以减速器装配为研究对象，提出了一种基于虚拟现实技术的减速器装配仿真的系统设计思想。

1    虚拟现实技术的相关概述

VR技术是近年来非常热门的一种技术，早在20世纪80年代就被提出了，主要是借助电脑生成一种高度仿真并可与之进行互动的三维场景空间，用户借助相关的可穿戴VR设备就可以进入虚拟的三维场景空间，以听觉、视觉等感官来感受三维场景空间中的环境，并可以与之进行肢体动作或场景内容的交互，以达到模拟现实的效果。

VR主要包括环境的模拟、身体感知、自然技能、传感设备等几个组成部分。虚拟现实技术严格意义上来讲，它是一种构建、体验虚拟现实世界的计算机仿真系统，利用电脑生成一种模拟现实环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该虚拟环境中。除了使用計算机相关的技术外，还应用了仿真技术、传感器技术，这是一个综合性的、富有挑战性的研究领域。

2    基于虚拟现实技术的减速器装配仿真系统设计

2.1  减速器装配仿真系统的组成

本仿真系统的实现由相关的显示设备、交互设备以及数据层等3个部分组成，显示设备主要包括多通道的LED显示器、投影设备以及穿戴式显示设备。交互设备主要由动作捕捉服务器和手持控制器组成。数据层设备主要由相关的数据存储设备、视频交换处理设备等组成。数据是减速器装配仿真系统的最基础、最重要的部分，通过对数据的相关处理，系统的输入/输出（Input/Output，I/O）两个端口产生与之相匹配的信息，将系统的各部分统一连接起来，实现减速器装配仿真系统功能。

在软件方面，要选择适合本系统所用的开发平台、三维建模软件等。为了满足减速器在系统中的自动拆装、交互装配以及相关零件检测的要求，本系统需要设计5个层面，即应用系统层、专业模块层、平台层、数据层、接口层。为此，系统开发平台的选择非常重要，本文准备选择Unity3D作为本系统的开发工具，在三维建模方面准备选择UG作为本系统的三维建模工具，选择3Ds Max软件作为开发工具和三维建模之间的对接平台。

2.2  减速器装配仿真系统的框架设计

减速器装配仿真系统的整体框架设计如图1所示。

2.3  减速器装配仿真系统的功能设计

为了能够实现减速器装配仿真系统所需的功能，经过分析研究，确定其功能模块设置如图2所示。

2.4  减速器装配仿真系统软件的实现

2.4.1  减速器模型的制作

减速器装配所需配件的三维模型全部使用UG软件来制作完成，UG软件的强大功能之一就是快速、高效地建模。本系统所需的全部构件三维模块需要提前使用UG软件，这是本仿真系统实现的基本元素。

2.4.2  装配模型的导入

从装配模型的文件格式来看，UG软件生成的文件类型不能直接导入到Unity3d软件中，所以需要借助中间软件3Ds Max的转换，比如将UG软件生成的STL文件导入3Ds Max后，再另存为FBX文件，这样就可以使用Unity3d软件打开了。

2.4.3  系统界面的制作

系统界面是操作用户和系统进行沟通交互的直接平台，所以，在设计用户登录界面时要充分考虑到操作的简易性、舒适性以及交互性。登录界面中的相关用户信息需要借助代码来实现账号和密码的验证。

2.4.4  减速器装配仿真系统的发布

上述所有步骤的工作完成后，本文提出的减速器装配仿真系统就可以在Windows平台上发布，由于本文提出的仿真系统平台主要是在电脑终端上实现的，所以只需要发布在微软的操作平台上即可。

3    减速器装配仿真系统仿真实验的设计

3.1  整体框架的实验设计

减速器装配仿真系统的实现主要通过实训类的实验来完成，所以，此仿真系统的实验主要是实训类相关实验，目的主要是让学生通过虚拟装配实验来验证自行设计的减速器相关配件在装配过程中是否有设计不合理的地方，如果有，重新再进行设计调整，最终实现设计出的减速器配件能在实际中进行应用。装配实验框架主要包括：轴I装配过程、轴II装配过程和整体装配过程。

3.2  减速器装配顺序的规划设计

减速器装配顺序的次序规划设计对于整个减速器装配环节来讲是非常重要的。装配顺序的规划需要考虑现实安装的逻辑习惯，然后再按照各零部件的正确安装顺序，进行所有装配路径次序的规划设计。整个装配流程包括：轴I装配的过程、轴II装配的过程和整体装配的全过程，共3个虚拟装配场景。

4    结语

本文在了解了虚拟现实技术之后，提出了一种基于虚拟现实技术的减速器装配仿真系统的设计思想。由于作者水平及能力等各种原因，本文仅提出了构建减速器装配仿真系统的设计思想，并未进行深入的开发和验证，后续还需要继续努力，争取早日实现基于虚拟现实技术的减速器装配仿真系统的开发和实践应用。

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