虚拟现实技术在汽车模拟驾驶中的应用

针对学员考取驾照面临驾校教练车资源紧张、成本高等问题,提出采用虚拟现实技术开发汽车模拟驾驶器,可以建立逼真的驾车虚拟环境,学员沉浸其中激发学车兴趣和体验驾驶乐趣,减少实车练习时间,缓解驾校压力,学员达到快速考取驾照的目的。     

虚拟样机可视化虚拟环境框架研究

为提高虚拟样机可视化虚拟环境的开发效率,提出了一种快速构建3维虚拟环境的方法.通过分析虚拟样机可视化虚拟环境参数化模型,设计了一种虚拟样机可视化虚拟环境框架,利用该框架可以快速定制一个虚拟样机可视化虚拟环境.该框架支持基于高层体系结构的分布式交互仿真,仿真运行时,实时接收运行时间框架传递的仿真模型解算数据,驱动虚拟样机几何模型在3维场景中运动.     

基于共享控制的人机灵巧力触觉交互系统设计与实现

人能够在复杂感知的相互协调下做出决策并完成灵巧操作。将视听觉和力触觉等不同模态相融合,可以提高操作者对虚拟场景或远程环境的感知,进而改善操作效果。如何协调人的操作和虚拟环境中目标机器人系统的自主性,则是人机交互中的一个关键问题。为此,本文基于Unity3D引擎建立了虚拟场景,并实现了omega.7力反馈平台与虚拟场景之间的通信。进而,创建了基于碰撞检测的虚拟距离传感器,实现了虚拟场景中目标机器人对周围环境的探测。然后,设计实现了人机力触觉交互共享控制算法,将人的智能决策与灵巧操作优势同目标机器人的自主算法相融合,使得目标机器人系统的控制权限可以在人手操作和机器人自主算法之间连续平滑转移。由此,实现了人与虚拟环境和目标机器人之间功能多样、场景逼真的视听觉和灵巧力触觉多模态交互,从而为医学、康复、军事、娱乐等领域中的人机交互提供了一种解决方案。     

基于视嗅觉认知的虚拟嗅觉生成装置

研发了一种基于视嗅觉认知的虚拟嗅觉生成装置,可用于虚拟环境中视嗅觉融合认知的人机交互,该装置由机械本体及其控制系统组成,可单独或同时输出3种气味。首先,分析按压气味瓶所需的作用力,设计定量送气机构,并研制装置的机械本体;然后,依据装置的驱动部件和视嗅觉交互界面,开发基于串口通信的控制系统。初步实验结果表明,所研制的虚拟嗅觉生成装置在响应时间和控制精度等方面都能满足用户需求,可为虚拟环境提供逼真的视嗅觉感知。     

虚拟环境下基于逆运动学的电缆建模与仿真技术

为了提高电缆的装配效率,提出一种虚拟环境下电缆几何模型的建模与仿真方法,将电缆模型看作是由一组刚性杆件通过关节串联而成的机器人操作臂,根据末端与始端的相对位姿,利用逆运动学原理反求各杆件的最终形态。最后,利用过控制点的B样条曲线对电缆模型进行光滑处理,逼真地模拟电缆的实际形态。结果表明,该方法可以实现电缆的变形仿真,且计算时间量不大,满足虚拟环境的实时性要求。     

弹性约束下颗粒碰撞阻尼器的理论与实验研究

为进一步研究弹性约束颗粒碰撞阻尼器的减振性能,提出了该阻尼系统的动力学模型,并模拟了该阻尼器对悬臂梁的减振效果。同时,对5种不同刚度的弹性约束颗粒碰撞阻尼器的减振效果进行了实验研究。结果表明：理论计算与实验的结果基本吻合,证明所建立的弹性约束下的颗粒碰撞阻尼系统的计算模型是可靠的;在弹性约束下的颗粒碰撞阻尼系统中,其刚度比对减振效果的影响是非线性的,且弹簧刚度对该碰撞系统的共振点存在影响。     

柔性机器鱼的仿生运动拟合控制研究

基于一种新型弹性钢片尾部的仿生机器鱼机构,结合鱼类的运动学模型以及弹性钢片受力变形特性,得出机器鱼尾部的运动控制模型。通过实验验证了该运动控制模型能逼真地模仿鱼类的游动姿态。     

基于车路协同的车辆避撞方法

交通事故一直是交通行业面临的难题,车辆碰撞事故严重危害着行车安全。针对车辆在行驶过程中易发生的碰撞事故,采用智能车路协同技术,建立了智能路侧系统和智能车载系统,并针对易发生碰撞的不同场景开发了一种基于车车协同场景下的避撞算法,使车辆在行驶过程中无论是路段还是交叉口都可以实现避撞预警。通过实车实验验证,该种场景预警可成功触发,达到成功避撞预警的目标,从而大大提高了行车过程的安全性。     

基于PreScan的交叉轨迹工况AEB控制

针对X形和垂直交叉轨迹两种特殊的汽车行驶工况,分析自车和目标车的相互运动关系。进行了碰撞域的划分、碰撞时间的确定以及适用于该工况的安全距离模型搭建,并建立PreScan环境下的交叉轨迹工况AEB模型。通过碰撞时间来判断是否将有危险发生,若有危险,则通过分析自车紧急制动后的停车位置与碰撞域的位置关系来检测自车的避撞效果。最后,进行X形交叉轨迹工况下AEB实车实验,验证了该方法的有效性与可行性。     

小移位吊环

车间里的起重机一般都是单梁或双梁电动起重机。由于梁架自身的弹性和电动葫芦的运转惯性,人工操作时很难保证微小的移位,往往出现碰撞现象,致使精密的配合面碰伤或损坏。如图1所示,在日常生产中经常要发生工夹具在机床工作台上定位安装,是绝对不允许有碰撞的,而在其他机械起吊和安装过程中,也不希望有碰撞发生。为此,我们在吊索中间串接了一种小移位吊环,通过人工协调,实现无级小移位后,就不会发生碰撞现象。     

COLLISION AVOIDANCE DECISION- MAKING MODEL OF MULTI-AGENTS IN VIRTUAL DRIVING ENVIRONMENT WITH ANALYTIC HIERARCHY PROCESS

Collision avoidance decision-making models of multiple agents in virtual driving environment are studied. Based on the behavioral characteristics and hierarchical structure of the collision avoidance decision-making in real life driving, delphi approach and mathematical statistics method are introduced to construct pair-wise comparison judgment matrix of collision avoidance decision choices to each collision situation. Analytic hierarchy process （AHP） is adopted to establish the agents＇ collision avoidance decision-making model. To simulate drivers＇ characteristics, driver factors are added to categorize driving modes into impatient mode, normal mode, and the cautious mode. The results show that this model can simulate human＇s thinking process, and the agents in the virtual environment can deal with collision situations and make decisions to avoid collisions without intervention. The model can also reflect diversity and uncertainly of real life driving behaviors, and solves the multi-objective, multi-choice ranking priority problem in multi-vehicle collision scenarios. This collision avoidance model of multi-agents model is feasible and effective, and can provide richer and closer-to-life virtual scene for driving simulator, reflecting real-life traffic environment more truly, this model can also promote the practicality of driving simulator.     

装配工位仿真中虚拟工具的研究与应用

为了实现虚拟工具的装配操作，首先根据操作方式以及自动化程度把工具分成自动工具、半自动工具和手动工具三类，在虚拟环境下建立装配工具库，提出了包含显示模型、碰撞模型、逻辑模型的虚拟工具表达方式；其次根据工具的类型，实现了虚拟环境下使用各类工具对零件的装配过程，包括虚拟工具与操作对象的定位以及操作对象与待装配体的装配过程；最后以汽车发动机装配线的工位规划为例，验证了所述方法的正确性和有效性。     

一种面向虚拟装配的分层碰撞检测方法研究

虚拟装配是数字化制造的重要组成部分，虚拟环境中的碰撞检测是进行正确装配的关键。本文提出了一种面向虚拟装配的分层碰撞检测方法，其方法利用改进的轴一致包围盒、固定方向凸包层次、装配特征匹配和约束感知对装配体进行检测，将装配工艺知识融入检测过程中，完成装配检查。其方法是有效和实用的，具有较好的实时性，能够满足装配对碰撞检测性能的要求。     

沉浸式虚拟装配仿真技术研究

提出了一种基于多体动力学计算引擎的虚拟装配仿真框架,并对该仿真框架涉及的多面体近似凸集分解算法、并行碰撞检测、仿真场景构建、仿真模型定义与处理等关键技术进行了研究。基于该仿真框架,维修装配人员可以完全沉浸在虚拟装配环境中,采用数据手套、光学跟踪器和其他虚拟外设与装配零部件进行交互,从而体验真实的维修装配感觉,达到装配维修训练与试装配的目的。最后,在一个多人沉浸式虚拟现实硬件平台下开发虚拟维修装配仿真原型系统,以齿轮箱的拆装作为实例,验证了该仿真框架的有效性,为装配操作人员提供了一种优良的沉浸式用户操作界面。     

On-machine 3D vision system for machining setup modeling

In computer numerical control machine tools, using machining simulation to prevent collision becomes more and more popular due to its efficiency and low cost. However, if the entire digital model of the machining setup does not exist, the simulation is not applicable. As a result, the operator has to manually check the numerical control program, which is a time-consuming and error-prone process. In this paper, an on-machine vision system is presented to quickly construct the digital model based on the actual machining setup. The total construction for a complex setup can be done within a few minutes. Several key technologies have been developed. First, a 2D edge feature detection algorithm has been designed which will extract the edges of the object of interest by processing both the real and virtual images. Second, a stereo vision system is developed which will obtain the three-dimensional (3D) edge data of the object of interest. A new algorithm is presented to solve correspondence, which is the key problem of the stereovision system. Furthermore, the 3D object recognition algorithm is developed to let the system intelligently search for the matched solid model in the database and import it into the virtual environment with an accurate pose. Finally, experiments are carried out to test the developed system.     

一个多感知虚拟现实系统的建立

建立了一个基于视觉、听觉和力觉融合的多感知虚拟现实系统。采用一种新型解耦双并联结构的6自由度主操作手实现人机交互并提供力觉感受;设计了基于OpenGL与OpenAL的软件引擎,在PC机上实现了高性能的立体视觉与听觉。通过一个虚拟乒乓球掂球实验验证了本系统的高性能与控制方法的有效性．     

Internet-based Real-time obstacle avoidance of a mobile robot

In this research, a remote control system has been developed and implemented, which combines autonomous obstacle avoidance in real-time with force-reflective tele-operation. A teleoperated mobile robot is controlled by a local two-degrees-of-freedom force-reflective joystick that a human operator holds while he is monitoring the screen. In the system, the force-reflective joystick transforms the relation between a mobile robot and the environment to the operator as a virtual force which is generated in the form of a new collision vector and reflected to the operator. This reflected force makes the tele-operation of a mobile robot safe from collision in an uncertain and obstacle-cluttered remote environment. A mobile robot controlled by a local operator usually takes pictures of remote environments and sends the images back to the operator over the Internet. Because of limitations of communication bandwidth and the narrow viewangles of the camera, the operator cannot observe shadow regions and curved spaces frequently. To overcome this problem, a new form of virtual force is generated along the collision vector according to both distance and approaching velocity between an obstacle and the mobile robot, which is obtained from ultrasonic sensors. This virtual force is transferred back to the two-degrees-of-freedom master joystick over the Internet to enable a human operator to feel the geometrical relation between the mobile robot and the obstacle. It is demonstrated by experiments that this haptic reflection improves the performance of a tele-operated mobile robot significantly.     

液压挖掘机三维虚拟实验设备的设计与开发

基于多体动力学分析软件RecurDyn建立液压挖掘机虚拟样机模型,进行工作装置建模和运动仿真分析,并对液压挖掘机的作业范围进行动态仿真,得到挖掘机工作时的最佳作用状态。基于虚拟现实软件Virtools建立液压挖掘机三维虚拟实验平台,对液压挖掘机的不同工作状态进行虚拟模拟,提供液压挖掘机结构和原理的生动、逼真的沉浸式的学习环境。     

电缆虚拟装配的关键技术及其发展

电缆的装配质量是影响产品质量的重要因素之一。对电缆装配过程进行基于虚拟现实的仿真,可以减少电缆实际装配过程中错装、漏装等现象的发生,缩短产品装配周期、降低装配成本、提高装配质量及效率。笔者对电缆虚拟装配关键技术即电缆布线,装配对象与装配环境之间的碰撞干涉检验、电缆的几何形状仿真、虚拟装配过程的评估及验证、装配工艺规划的现状进行了综述,并在此基础上对电缆虚拟装配技术的发展趋势做了进一步探讨。     

增强现实环境中虚拟装配的研究与实现

利用增强现实渲染引擎osgART发了一个基于增强现实环境中的虚拟装配操作平台。通过提取组成零件模型表面的各个多边形面片的顶点坐标和法向量,利用OSG提供的线段类交集测试在运动零件模型的前表面建立一个局部碰撞检测网格。根据装配过程中约束零件自由度的需要,重点研究了相应的碰撞响应。最后用普通平键与键槽的装配实例说明了该平台的操作流程,取得了较好的效果。