基于虛擬現實技術的減速器裝配仿真系統設計思想

王玥

摘? ?要：近年來，隨著虛擬現實技術的廣泛應用，機電一體化設計行業開始引入了此項技術。通過大量事實的驗證得出，虛擬現實技術在機電一體化仿真系統的應用過程中，工作效率得到明顯的提升，人力、物力成本也得到了明顯的降低。為了更好地將虛擬現實技術應用到機械領域當中，文章以減速器裝配為研究對象，提出了一種基于虛擬現實技術的減速器裝配仿真的系統設計思想。

關鍵詞：虛擬現實技術;機電一體化;減速器;系統設計

隨著虛擬（Virtual Reality，VR）現實“元年”的到來，各行各業紛紛開始投入到虛擬現實技術研究行列的大軍之中，虛擬現實技術的出現給的生產方式和生活方式帶來了巨大的變革。在軍事、醫療領域中的應用效果有目共睹，為了更好地將虛擬現實技術應用到機械領域當中，本文以減速器裝配為研究對象，提出了一種基于虛擬現實技術的減速器裝配仿真的系統設計思想。

1? ? 虛擬現實技術的相關概述

VR技術是近年來非常熱門的一種技術，早在20世紀80年代就被提出了，主要是借助電腦生成一種高度仿真并可與之進行互動的三維場景空間，用戶借助相關的可穿戴VR設備就可以進入虛擬的三維場景空間，以聽覺、視覺等感官來感受三維場景空間中的環境，并可以與之進行肢體動作或場景內容的交互，以達到模擬現實的效果。

VR主要包括環境的模擬、身體感知、自然技能、傳感設備等幾個組成部分。虛擬現實技術嚴格意義上來講，它是一種構建、體驗虛擬現實世界的計算機仿真系統，利用電腦生成一種模擬現實環境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，使用戶沉浸到該虛擬環境中。除了使用計算機相關的技術外，還應用了仿真技術、傳感器技術，這是一個綜合性的、富有挑戰性的研究領域。

2? ? 基于虛擬現實技術的減速器裝配仿真系統設計

2.1? 減速器裝配仿真系統的組成

本仿真系統的實現由相關的顯示設備、交互設備以及數據層等3個部分組成，顯示設備主要包括多通道的LED顯示器、投影設備以及穿戴式顯示設備。交互設備主要由動作捕捉服務器和手持控制器組成。數據層設備主要由相關的數據存儲設備、視頻交換處理設備等組成。數據是減速器裝配仿真系統的最基礎、最重要的部分，通過對數據的相關處理，系統的輸入/輸出（Input/Output，I/O）兩個端口產生與之相匹配的信息，將系統的各部分統一連接起來，實現減速器裝配仿真系統功能。

在軟件方面，要選擇適合本系統所用的開發平臺、三維建模軟件等。為了滿足減速器在系統中的自動拆裝、交互裝配以及相關零件檢測的要求，本系統需要設計5個層面，即應用系統層、專業模塊層、平臺層、數據層、接口層。為此，系統開發平臺的選擇非常重要，本文準備選擇Unity3D作為本系統的開發工具，在三維建模方面準備選擇UG作為本系統的三維建模工具，選擇3Ds Max軟件作為開發工具和三維建模之間的對接平臺。

2.2? 減速器裝配仿真系統的框架設計

減速器裝配仿真系統的整體框架設計如圖1所示。

2.3? 減速器裝配仿真系統的功能設計

為了能夠實現減速器裝配仿真系統所需的功能，經過分析研究，確定其功能模塊設置如圖2所示。

2.4? 減速器裝配仿真系統軟件的實現

2.4.1? 減速器模型的制作

減速器裝配所需配件的三維模型全部使用UG軟件來制作完成，UG軟件的強大功能之一就是快速、高效地建模。本系統所需的全部構件三維模塊需要提前使用UG軟件，這是本仿真系統實現的基本元素。

2.4.2? 裝配模型的導入

從裝配模型的文件格式來看，UG軟件生成的文件類型不能直接導入到Unity3d軟件中，所以需要借助中間軟件3Ds Max的轉換，比如將UG軟件生成的STL文件導入3Ds Max后，再另存為FBX文件，這樣就可以使用Unity3d軟件打開了。

2.4.3? 系統界面的制作

系統界面是操作用戶和系統進行溝通交互的直接平臺，所以，在設計用戶登錄界面時要充分考慮到操作的簡易性、舒適性以及交互性。登錄界面中的相關用戶信息需要借助代碼來實現賬號和密碼的驗證。

2.4.4? 減速器裝配仿真系統的發布

上述所有步驟的工作完成后，本文提出的減速器裝配仿真系統就可以在Windows平臺上發布，由于本文提出的仿真系統平臺主要是在電腦終端上實現的，所以只需要發布在微軟的操作平臺上即可。

3? ? 減速器裝配仿真系統仿真實驗的設計

3.1? 整體框架的實驗設計

減速器裝配仿真系統的實現主要通過實訓類的實驗來完成，所以，此仿真系統的實驗主要是實訓類相關實驗，目的主要是讓學生通過虛擬裝配實驗來驗證自行設計的減速器相關配件在裝配過程中是否有設計不合理的地方，如果有，重新再進行設計調整，最終實現設計出的減速器配件能在實際中進行應用。裝配實驗框架主要包括：軸I裝配過程、軸II裝配過程和整體裝配過程。

3.2? 減速器裝配順序的規劃設計

減速器裝配順序的次序規劃設計對于整個減速器裝配環節來講是非常重要的。裝配順序的規劃需要考慮現實安裝的邏輯習慣，然后再按照各零部件的正確安裝順序，進行所有裝配路徑次序的規劃設計。整個裝配流程包括：軸I裝配的過程、軸II裝配的過程和整體裝配的全過程，共3個虛擬裝配場景。

4? ? 結語

本文在了解了虛擬現實技術之后，提出了一種基于虛擬現實技術的減速器裝配仿真系統的設計思想。由于作者水平及能力等各種原因，本文僅提出了構建減速器裝配仿真系統的設計思想，并未進行深入的開發和驗證，后續還需要繼續努力，爭取早日實現基于虛擬現實技術的減速器裝配仿真系統的開發和實踐應用。

[參考文獻]

[1]趙燁菊，曾鵬.機械設計制造中的虛擬現實技術芻議[J].山東工業技術，2019（13）：29.

[2]吳哲.虛擬現實技術的發展趨勢[J].數字通信世界，2019（4）：65.

[3]林文博.基于虛擬現實的生產線仿真關鍵技術研究及其應用[D].杭州：浙江大學，2019.

[4]邢煥武，顧巍.虛擬現實技術在機床上的應用研究[J].科技經濟導刊，2019（9）：109.

[5]袁丁.機械設計虛擬仿真系統關鍵技術研究[D].石家莊：河北科技大學，2019.