基于VR的空客A320艙門阻尼器的拆裝及維修

王建章，施浩，丁佳明

摘要：針對航空公司飛機維修實際指導(dǎo)方面存在維修效率低，且投入成本高等問題，為此本文提出了基于VR的艙門阻尼器的拆裝及維修系統(tǒng)，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)與座艙阻尼器結(jié)構(gòu)的結(jié)合，在VR環(huán)境中操縱工具對阻尼器進行拆裝及維修。結(jié)果表明這樣的維修系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)飛機維修存在的安全性和經(jīng)濟性等問題，具有一定的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：VR;艙門阻尼器;拆裝;維修

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）20-0155-02

1 引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是一種能夠提供給使用者一個身臨其境的仿真體驗的計算機技術(shù)，這一技術(shù)憑借強大的沉浸式體驗功能，對模擬教學(xué)領(lǐng)域起著極大的促進作用，因而被廣泛運用于各類模擬教學(xué)領(lǐng)域，如：模擬醫(yī)學(xué)手術(shù)、模擬機械設(shè)備拆裝等。飛機維修技術(shù)是保證飛機正常工作的基礎(chǔ)。本項目通過Unity3D交互平臺，使用戶通過VR設(shè)備體驗空客A320艙門阻尼器的維修及拆裝。

通過VR做維修方面的內(nèi)容市場上少之又少。市面上大多都應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。因為航材價格昂貴且稀少，維修人員在練習(xí)方面會因為這些原因受限，還有可能因為維修不熟練導(dǎo)致身體受傷。基于這些問題本文運用VR設(shè)備維修航材部件，用戶戴上頭盔，使用制定的軟件來進行指定航材的維修，借助VR平臺幫助機修方面受訓(xùn)人員得到更多的實際操作機會，加深其記憶和理解，當維修真正航材時會十分熟練。本項目選用的維修航材為7B-R4 MED阻尼器，阻尼是自由振動衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，安置在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上的特殊構(gòu)件可以提供運動的阻力，耗減運動能量的裝置。艙門中的阻尼器的作用是減緩開關(guān)門時的速度，避免讓門發(fā)生硬性撞擊，不傷害門結(jié)構(gòu)也避免傷害到人，所以保證艙門阻尼器的正常工作極其重要。

2 項目制作

2.1模型測量

首先對阻尼器實體進行測繪，將物體的三視圖繪制出來，數(shù)據(jù)的準確是必要條件，本文對阻尼器的實物運用游標卡尺測繪，精度達0.1mm，圖紙完成后開始建模，制作零件共計百余間。將測繪好的數(shù)據(jù)經(jīng)過掃描數(shù)字化后導(dǎo)入計算機，經(jīng)圖像配準后進行矢量化，之后將拍攝得到的圖片資料導(dǎo)入計算機。

2.2模型建模

常用的建模軟件有3DMAX，MAYA等，本文采用的建模軟件為3DMAX。3DMAX的優(yōu)勢為其主要面向建筑動畫，建筑漫游和室內(nèi)設(shè)計，用于室內(nèi)和室外渲染的建模。模型的生成一般有3種方法，即多邊形、面片及NURBS建模，因為部分模型過于復(fù)雜，難以制作，我們運用布爾運算使兩個以上的物體進行并集、差集或交集的運算，從而得到需求的模型，但布爾運算也有缺陷，生成新模型時會伴隨著生成一些無用的面，后期嚴重影響文件量和渲染速度，這需要手動刪除無用的面，保留有用的面。模型建立完成后要對模型進行貼圖處理。展開模型的貼圖坐標（展UV，主要用到Unwrap UVW修改器），在Photoshop軟件中利用已有素材合成模型的固有色貼圖;=材質(zhì)上運用 PBR材質(zhì)保證最好的觀感體驗。每一個零件做好后，將零件組合起來，阻尼器組裝完成。隨后將MAX文件更改為FBX文件導(dǎo)入到Unity軟件中。

2.3交互的實現(xiàn)

首先添加場景，添加天空盒子，在攝像機中添加FlareLayer組件。導(dǎo)入到Unity內(nèi)置資源包“Light Flares”。把鏡頭賦值給直線光的“Flare”屬性。場景添加好后更改手部模型，steamVR prefab里自帶的模型是其手柄，為了達到擬真的效果，需要更換手部模型，同時在維修倉中加入了維修中需要用到的專業(yè)維修工具。（圖1）阻尼器導(dǎo)入到unity后要進行一系列的設(shè)置。比如賦予物體質(zhì)量，沒有質(zhì)量的剛體會漂浮到空中。添加碰撞體積，點擊box collider調(diào)整碰撞體的大小來模擬現(xiàn)實中的碰撞效果。這些完成后需要對手部模型的抓取，瞬移，與零件之間的交互添加動畫來完成真實地模擬維修。創(chuàng)建的可交互的阻尼器實體見（圖2）。這里利用SteamVR和VRTK插件中的腳本來實現(xiàn)一些比較簡單的交互。對于一些插件中實現(xiàn)不了的操作本文使用Visual C++軟件自行編程。這些完成后對設(shè)備進行調(diào)試，本文對阻尼器中的各個部件配有專業(yè)性名詞解釋，將更好地使維修人員加深對維修部件的理解。

3 操作與調(diào)試

3.1座艙阻尼器維修步驟

使用者戴上頭盔，按下扳機鍵即可拾取工具，當工具與零件觸碰時，零件會高亮顯示代表已接觸維修部件，隨后對照AMM大修手冊，對套筒進行面板拆解，拆掉夾緊螺栓，將伸縮套筒從上向下拉下來。螺栓拆卸后把阻尼器往外轉(zhuǎn)，然后取出。把套筒分離出去。檢查阻尼器及連接件，確定無異常狀況后安裝前潤滑花鍵。至此拆卸步驟完成。安裝順序與拆除順序相反。

3.2 編程與調(diào)試

虛擬與現(xiàn)實完美地融合在一起，可以解決航空領(lǐng)域中因航材貴重且稀少使得維修人員不能得到高效訓(xùn)練的問題。相對于以往的一些基于VR的維修項目，無論是場景，模型的建立，物體的交互上都有歷歷可見的改進。場景上搭建了專門的維修倉，模型的建立均通過精密儀器測量加上嚴謹?shù)能浖L制，做到了真正的物體還原，物體的交互上添加了手部模型，使用者看到逼真的雙手來操作工具，維修零部件。交互中使用Visual C++部分代碼如下所示。

protected virtual void AttemptControllerSetup（）

{

if （attemptControllerSetup）

{

if （FindController（））

{

attemptControllerSetup = false;

SetupController（）;

SetupRenderer（）;

if （activateOnEnable）

4 結(jié)語

針對航空公司飛機維修實際指導(dǎo)方面存在的問題，安全性上，學(xué)員維修熟練度不夠?qū)е聦崉?wù)操作，存在一定的安全隱患。經(jīng)濟性上，實物維修訓(xùn)練會造成維修器材的失效，設(shè)備線路的老化等問題而消耗大量的資源。本文提出利用VR對座艙阻尼器維修可以解決這些問題。未來可以廣泛運用到航空VR運用領(lǐng)域內(nèi)。對于基于VR的航空器維修問題，本文具有一定的應(yīng)用價值。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】