1、分析刮板输送机沉浸式虚拟装配系统设计摘要：随着虚拟现实技术的发展，虚拟装配技术逐步被应用于实践。它是将传统装配工艺融入虚拟现实，在高度沉浸感虚拟场景中，按约束关系将零件模型重新定位。根据产品的形状特性与精度特性，逼真地模拟产品三维装配过程，并允许用户在场景中进行交互控制，以检验装配的可行性和产品设计的合理性。本文就刮板输送机沉浸式虚拟装配系统设计相关问题进行了探讨。 关键词：刮板输送机；沉浸式虚拟装配；系统设计 中图分类号：TH227 文献标识码：A 一、刮板输送机的维护要点 要使刮板输送机能安全运行，就要将其最佳性能发挥出来，按照规定的要求对设备的各个零部件进行定期维护和检修，从而保证它的正
2、常运转，更好的应用到生产活动中去。检修班应该专门的维修工和司机组成，他们的主要工作内容是对设备状态进行全面的检测及评价，发现潜在的问题及时处理。每 7d-10d 对刮板输送机的机头、尾轴与紧链装置检查一次；每 15d 检查一次操作按钮、电动机、磁力起动器和电缆接线盒。具体工作要从以下几方面开展： 1、每周都要进行一次油位检查，用油尺仔细检查油量。用油枪注油填筑各处润滑点，当油中的杂质含量达到 2%时，这时必须换油。此外，还要确保注油量的正确，对减速器的第一、第二油室进行分别注油。 2、采完一个工作面后，还要及时检修电动机轴承，每隔 12 天就要进行一次。另外，在检修时先拆开电动机，用洗油擦试轴
3、承。当洗油完全发挥，可以在轴承和轴承孔处涂上适量的润滑脂。 3、迷宫槽的润滑脂可以用来密封，但是起不到润滑的作用。所以，使用特殊的润滑脂是完全没必要的。对于链轮上的迷宫槽来说，可以利用装在减速器前面的注油嘴来注入润滑脂，一直到新润滑脂溢出为止，从而起到很好的密封作用。 二、系统构架设计 1、刮板输送机模型设计 刮板输送机结构复杂，零部件多，主要部件由机头部、中间部和机尾部 组成。该系统采用三维设计软件 Por/ Engineer 按照装配树结构自下而上进行基础模型建立,刮板输送机模型组成如图 1 所示。图 1 既表达了实际组成装配体的装配顺序，也体现了装配体、子装配体、零件之间的从属关系。 图
4、 1 刮板输送机模型组成 三维设计软件 Por/ Engineer 绘制出的模型为三维实体模型，而虚拟现实系统可以接受的模型为三角片面模型，需利用图形软件 3D Studio Max 进行格式转换,转换过程为 Por/ Engineer3D Studio MaxVisual Studio,ptr/asmstlosg/ive。即在 Por/ Engineer 中将模型输出为三维动画渲染软件 3D Studio Max 可以接受的 stl 格式，再导入 3D Max 中，进行材质赋予与光线调整，模型处理完成后，再导出为 osg/ive 格式。 2、硬件系统设计 根据系统需求分析，搭建集成化双通道柱
5、幕系统视景平台，该系统的硬件部分主要由输入设备和输出设备 2 部分组成.输入设备包括鼠标、键盘、数据手套、力反馈器、位置跟踪器等，输出设备包括融合显示器、柱形投影屏幕、立体声音响、立体头盔、立体眼镜等。 3、软件系统设计 系统以 Visual Studio 为编译平台，基于 C+语言,利用 OSG 和CEGUI 开源函数库。CEGUI 是一个开放的 GUI 库，这里利用其进行系统界面开发。OSG 是一款高性能的图形开发库，也是一套基于 C+平台的应用程序接口。OSG 多采用包围体层次来实现场景图形的管理，该管理方式通常采用树状结构保存信息，一个场景树包括一个根节点、多级内部的枝节节点，以及多个
6、末端的叶子节点。根节点和枝节节点负责构建树的层次以及完成某些特定功，而叶子节点则保存了一个或多个可绘制对象的信息。 三、系统功能模块设计 1、模型操作模块 根据工作面要求，重型刮板输送机整机铺设长度可达几百米。由于模型长宽比较大，屏幕整机显示并不能清楚认识零部件的装配与约束关系，对刮板输送机模型的操作是根据用户传递的交互事件，对选中的物体进行平移、缩放和旋转操作。利用 osgManioulator 库中拖拽器Dragger 改变操控模型节点的变换矩阵来改变物体。用户可根据经验和知识在该模块下对产品三维模型进行交互式装配，以寻求最优装配方案。模型选择通过访问器 Visitor 实现，它可向不同模
7、型的节点施加用户自定义操作，从而执行节点操作。它可使设计或者装配人员根据自己的需求选择所需部分进行装配，这样可合理利用资源，也缩短了装配时间。 2、自动演示模块 自动演示模块提供了正确的模型装配路径，通过拆卸求解装配顺序的方法以获得合理、可行的装配序列规划。该模块反映了零部件正确装配时从初始位置到最终位置的运动过程，规范有序的装配路径为设计人员对刮板输送机的准确装配和合理设计过程提供依据。自动演示的实现过程首先需要得到模型进行位置变换的具体坐标。对于三维空间的变化而言。一般遵循 SRT(缩放/ 旋转/ 移动)的运算顺序以完成复合矩阵的构建，即: M MsMrMt 其中: M 为计算结果矩阵；M
8、s 为缩放矩阵；Mr 为旋转矩阵；Mt 为平移矩阵。得到坐标之后，在 3D Studio Max 中分别对每一部分进行帧动画的制作。 3、路径记录模块可记录操作人员在该系统中对模型进行的操控。通过对记录的回放，可以发现刮板输送机在装配过程中存在的问题以及存在的设计缺陷，从而求得最优装配路径。在虚拟装配环境下，零部件的装配路径是通过记录操作人员操作零部件所经历的一系列离散的空间位置点得到的。通过对操控时记录下的节点重新遍历，采用深度优先遍历的形式，优先进行节点纵向搜索，直至末端的叶节点，再逐步返回到上一级尚未访问的节点。 此外，由于装配对象的运行是手动控制，很可能在装配时产生间隙，这样严重影响了
9、虚拟装配的可靠性。因此，模型的装配引导采用包围球定位引导约束，用球体包围整个模型几何体，当 2 个几何体的球心距离小于设定单位时，模型按照目标位置姿态信息自动放置，以获得准确的装配位置和姿态。 4、协同装配模块 协同装配过程中，在单用户系统的基础上，通过局域网，实现多个用户异地协同工作，并达到预期的装配效果。该模块从功能上分为控制端和用户端 2 部分，控制端包含系统的所有功能及所需资料，而用户端只需安装相应的程序包即可。 系统工作时，首先由用户端向控制端发出连接请求，等待控制端同意连接之后将数据传递给客户端，客户端即可对控制端的模型进行操作。 5、虚拟手操作模块 虚拟手操作模块是将虚拟手和人手
10、之间的动作通过数据手套进行调整，用户可通过虚拟手代替人手对虚拟零部件模型进行操作，并从虚拟环境中得到信息反馈，从而实现真实环境与虚拟环境的交互。 虚拟手模型简化为 1 个手掌和 5 根手指，除大拇指外的其余手指又分为 3 个指关节(大拇指有 2 个指关节)。接触物体的规则采用射线求交的方法。每根手指包含 1 条射线，当有手指的射线与零部件的包围球相交时，即接触到物体。是否抓取物体根据人手的运动规律判断，假设手为一水平面，当包含大拇指在内的 2 根以上手指进行弯曲至整个平面的2/3 以下时，即为抓取到物体，释放物体与接触物体相反。 结束语 总之，刮板输送机沉浸式虚拟装配系统为机械产品装配和设计提供了新的辅助手段。利用该系统辅助装配，可以寻求产品的最佳装配序列和路径，进行预装配,从而缩短产品装配时间，降低产品装配失误，提高产品的装配效率。设计人员利用该系统辅助产品研发，可以准确、快速地了解产品的结构，在模型上进行参数化修改，缩短产品研发周期，降低研发成本，从而提高了产品在市场中的竞争力。 参考文献 1薛明、季现亮、李洁.刮板输送机的新型刮板设计J.煤炭工程,2011. 2贺文斌.刮板输送机常见故障的原因及处理方法研究J.中国科技博览，2011. 3陈国明，胡然，余林等.刮板输送机堆煤保护装置的研制及运用J.科海故事博览科教创新，2009.
