情景驱动的复杂机械装备增强现实拆装诱导研究

拆装诱导在复杂机械装备维修、培训等领域具有广泛的应用前景，在合适的时刻自动、准确地输送操作者急需的诱导信息是实现高效诱导的关键。本研究提出"拆装情景感知-诱导"的概念，计算机根据操作者的行为和拆装过程智能感知拆装情景，生成个体急需的虚拟诱导信息，并叠加到真实拆装场景上。围绕"感知-诱导-叠加"这一主线，重点研究以下内容：①建立眼电信号特征参数与视线间的映射模型，定位视线交汇处目标零部件的空间坐标；②研究基于手部位置、头部方位和视线跟踪的个体情景感知模型；③根据个体情景和拆卸进程，以植物枯萎机制为启发，构建目标级拆卸任务感知模型，并从数字化装配模型中提取急需的诱导信息；④针对拆装中零件布局变动大、已装配零件方位已知的特点，研究基于自然特征点和装配方位约束的增强现实注册算法，将诱导信息准确叠加在拆装现场上。本研究将实现以个体需求和任务现状为驱动的诱导，为相关领域研究提供新的理论方法和科学依据。

本课题研究情景驱动的复杂机械装备增强现实拆装诱导，通过在线感知个体（操作者）情景及拆装任务情景，分析产品的数字化装配模型，自动生成个体急需的拆装诱导信息。为实现以情景为驱动的增强现实拆装诱导系统，本课题重点研究了以下问题：.（1）.产品虚拟装配模型的转换及设备拆装过程的感知；.（2）.基于装配语义图模型的拆装子情境感知方法；.（3）.装配诱导信息的智能布局与注册。.取得的研究成果包括以下几个方面：.（1） 基于三维CAD模型的复杂机械设备拆装智能诱导。在考虑产品的装配约束和拆装稳定性的基础上，提出了基于拆卸优先关系网络模型的拆卸顺序诱导方法，该方法在初始化阶段自动生成树状拆卸优先关系网络模型，在设备拆装过程中根据拆装操作在线规划拆装顺序。提出了基于透视投影原理的三维诱导场景的生成与显示方法，根据拆装方向和零部件的包围盒尺寸，使虚拟诱导场景以合适的视角显示在屏幕指定位置上，提高了信息显示的直观性。.（2）基于语义情境的机械设备拆装增强现实诱导研究。针对机械设备拆装诱导中存在人机交互性差、诱导信息过载等问题，提出了基于装配语义图模型的拆装子情境感知方法。首先分析了机械设备拆装语义的组合性特点，在此基础上建立了零件类型本体层次树模型、连接类型本体层次树模型和产品装配语义图模型；其次在上述模型的基础上，提出了基于装配语义图模型的拆装情境相似度计算方法；最后应用该子情境相似度方法，提出了基于语义情境的操作者知识经验模型，实现对拆装诱导信息的检索和筛选。.（3）基于特征包围盒模型的装配诱导信息自适应显示方法。为提高诱导信息的信息量和立体感，提出一种基于零件CAD特征包围盒模型的装配诱导信息自适应显示方法。在屏幕显示区域自适应选择算法中，首先将屏幕区域划分成栅格，然后计算CAD特征包围盒顶点的屏幕坐标，并判断各屏幕栅格是否被包围盒占用，最终将屏幕上未被包围盒占用的最大连通区作为屏幕非焦点区域，用于显示诱导信息。在最优视点选择算法中，利用CAD特征包围盒模型，提出了一种综合考虑视图投影面积和立体特性的视点信息度量算子。.目前已发表和录用学术论文8篇，SCI源刊论文1篇，EI源刊论文5篇，中文核心期刊论文1篇，普通中文论文1篇，申请发明专利11项，实用新型6项，授权发明专利4项。经费使用按照预算进行，使用较合理。最后指出进一步研究的建议和设想。本项目实现了预期目标。