虚拟装配系统
阅读：232发布：2020-05-13
专利汇可以提供虚拟装配系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及 虚拟现实 技术领域，提供了一种虚拟装配系统，包括：摄像机、上位机、虚拟现实显示设备、 体感交互 设备和3D显示屏；所述摄像机，与所述上位机连接，用于采集环境图像，并将所述环境图像传输至上位机；所述上位机，用于生成虚拟装配画面；所述虚拟现实显示设备，与所述上位机连接，用于显示所述虚拟装配画面和所述环境图像；所述体感交互设备，与所述上位机连接，用于采集操作指令和动作信息，并将所述操作指令和动作信息传输至所述上位机；所述3D显示屏，与所述上位机连接，用于显示所述上位机生成的虚拟装配画面。讲授教师在通过虚拟现实显示设备进行虚拟装配的讲授时，可以通过所述环境图像获取学员的听讲画面，提高讲授效果。，下面是虚拟装配系统专利的具体信息内容。
1.一种虚拟装配系统，其特征在于，包括：摄像机、上位机、虚拟现实显示设备、体感交互设备和3D显示屏；
所述摄像机，与所述上位机连接，用于采集环境图像，并将所述环境图像传输至上位机；
所述上位机，用于生成虚拟装配画面；
所述虚拟现实显示设备，与所述上位机连接，用于显示所述虚拟装配画面和所述环境图像；
所述体感交互设备，与所述上位机连接，用于采集操作指令和动作信息，并将所述操作指令和动作信息传输至所述上位机；
所述3D显示屏，与所述上位机连接，用于显示所述上位机生成的虚拟装配画面。
2.如权利要求1所述的虚拟装配系统，其特征在于，所述上位机包括通过unity3D引擎生成所述虚拟装配画面的计算机。
3.如权利要求1所述的虚拟装配系统，其特征在于，所述体感交互设备包括体感控制器和动作捕捉手套。
4.如权利要求1所述的虚拟装配系统，其特征在于，所述虚拟现实显示设备包括虚拟现实头戴式显示器。
5.如权利要求1所述的虚拟装配系统，其特征在于，所述3D显示屏通过高清多媒体接口与所述上位机连接。
6.如权利要求1所述的虚拟装配系统，其特征在于，所述摄像机通过通用串行总线与所述上位机连接。
7.如权利要求3所述的虚拟装配系统，其特征在于，所述动作捕捉手套为Noitom Hi5 VR数据手套，所述Noitom Hi5 VR数据手套通过无线网络与所述上位机连接。
8.如权利要求3所述的虚拟装配系统，其特征在于，所述体感控制器为LeapMotion设备，所述LeapMotion设备通过通用串行总线与所述上位机连接。
9.如权利要求4所述的虚拟装配系统，其特征在于，所述虚拟现实显示设备为HTC Vive设备，所述HTC Vive设备通过通用串行总线或高清多媒体接口与所述上位机连接。
10.如权利要求4所述的虚拟装配系统，其特征在于，所述虚拟现实显示设备为Oculus Rift设备，所述Oculus Rift设备通过通用串行总线或高清多媒体接口与所述上位机连接。
虚拟装配系统
技术领域
背景技术
[0002] 随着我国现代化建设，虽然现在多大部分装配工作已经由机器来完成，但是在一些复杂的部件上依旧难以离开工人的亲自操作，但是从事这一领域的新人们大多缺乏工作经验，与安全知识，培训成本和人为失误造成的生产事故和机械损毁的花销巨大，具体表现为：在实际培训和教学中，不仅受时间和空间上的限制，教学的枯燥讲解还会降低学员学习的积极性；另外为了增加学员的参与性，会进行真实的拆装学习，因此在出现错误操作会带来潜在的安全隐患，而且对部分精确度要求较高的产品也会带来损害。随着对装配要求的不断提高，装配技术越来越成为一门核心技能，该技能不仅需要对各个装配零件的功能有充分理解，还要对装配各个环节有深刻认识，通过传统的培训方式在短时间内培养合格的人才成为一件非常困难的工作，因此发展出了基于虚拟现实的虚拟装配的培训方式。
[0003] 目前在虚拟装配培训时，为了提高学习效率和降低培训的虚拟设备成本，主要培训模式为多个学员在培训教室中，通过裸眼3D显示屏幕观看学习讲授老师在虚拟环境中的虚拟装配过程。然而，讲授老师在虚拟装配的过程中，需要佩戴虚拟头盔进行虚拟装配操作，因此只能看到虚拟装配画面，不便与学员进行沟通。实用新型内容
[0004] 有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种虚拟装配系统，以解决现有的虚拟装配培训过程中，讲授老师与学员沟通不便利的问题。
[0005] 本实用新型实施例提供了一种虚拟装配系统，包括：
[0006] 摄像机、上位机、虚拟现实显示设备、体感交互设备和3D显示屏；
[0007] 所述摄像机，与所述上位机连接，用于采集环境图像，并将所述环境图像传输至上位机；
[0008] 所述上位机，用于生成虚拟装配画面；
[0009] 所述虚拟现实显示设备，与所述上位机连接，用于显示所述虚拟装配画面和所述环境图像；
[0010] 所述体感交互设备，与所述上位机连接，用于采集操作指令和动作信息，并将所述操作指令和动作信息传输至所述上位机；
[0011] 所述3D显示屏，与所述上位机连接，用于显示所述上位机生成的虚拟装配画面。
[0012] 可选的，所述上位机包括通过unity3D引擎生成所述虚拟装配画面的计算机。
[0014] 可选的，所述虚拟现实显示设备包括虚拟现实头戴式显示器。
[0016] 可选的，所述摄像机通过通用串行总线与所述上位机连接。
[0018] 可选的，所述体感控制器为LeapMotion设备，所述LeapMotion设备通过通用串行总线与所述上位机连接。
[0019] 可选的，所述虚拟现实显示设备为HTC Vive设备，所述HTC Vive设备通过通用串行总线或高清多媒体接口与所述上位机连接。
[0020] 可选的，所述虚拟现实显示设备为Oculus Rift设备，所述Oculus Rift设备通过通用串行总线或高清多媒体接口与所述上位机连接。
[0021] 本实用新型实施例的虚拟装配系统，体感交互设备采集讲授老师装配的操作指令和动作信息，并将所述操作指令和动作信息传输至所述上位机，上位机生成虚拟装配画面；摄像机采集教室中学员学习时的环境图像传输至上位机；学员可以通过观看3D显示屏上显示的虚拟装配画面，学习讲授老师进行虚拟装配时的装配过程。讲授老师通过佩戴虚拟现实显示设备，同时接收上位机生成的虚拟装配画面和摄像机采集的环境图像，从而在进行虚拟装配时，可以通过实时采集的环境图像获取到教室中学员听讲的画面，便于在虚拟装配过程中与学员进行交流沟通。
附图说明
附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1是本实用新型实施例提供的虚拟装配系统的结构示意框图；
[0024] 图2是本实用新型实施例提供的一个虚拟装配系统的设备连接和功能示意图。
具体实施方式
[0025] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
[0026] 为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0027] 图1是本发明实施例提供的虚拟装配系统的结构示意框图，参考图1，虚拟装配系统可以包括：摄像机100、上位机200、虚拟现实显示设备300、体感交互设备400和3D显示屏500。
[0028] 所述摄像机100，与所述上位机200连接，用于采集环境图像，并将所述环境图像传输至上位机200。
[0029] 所述上位机200，用于生成虚拟装配画面。
[0030] 所述虚拟现实显示设备300，与所述上位机200连接，用于显示所述虚拟装配画面和所述环境图像。
[0031] 所述体感交互设备400，与所述上位机连接200，用于采集操作指令和动作信息，并将所述操作指令和动作信息传输至所述上位机200。
[0032] 所述3D显示屏500，与所述上位机200连接，用于显示所述上位机200生成的虚拟装配画面。
[0033] 本实用新型实施例中，所述摄像机设置于培训教室中，用于实时采集环境图像，其中，所述环境图像包含教室中学员学习时的图像信息；例如，将所述摄像机设置在讲台的位置，朝向对面的学生。当然，实际应用中，所述摄像机的个数还可以大于1个，分别设置在不同的位置，用于采集教室不同区域的学生的画面，所述上位机装配有提供生成虚拟装配画面的软件，用于生成虚拟装配画面，其中，所述虚拟装配画面还原真实设备装配的真实场景，并根据所述上位机接收的操作指令和动作信息，实现零件的抓取和装配；所述虚拟现实显示设备由讲授教师佩戴，用于显示所述虚拟装配画面和所述环境图像；所述体感交互设备由讲授教师操作，用于采集讲授教师在虚拟装配时的操作指令和动作信息，并将所述操作指令和动作信息传输至所述上位机；所述3D显示屏为裸眼3D显示屏，学员可以观看3D显示屏上显示的虚拟装配画面，学习讲授老师进行虚拟装配时的装配过程。本实施例提供的虚拟装配系统，讲授老师通过佩戴虚拟现实显示设备，同时接收上位机生成的虚拟装配画面和摄像机采集的环境图像，从而在进行虚拟装配时，可以实时获取到教室中学员听讲的画面，便于在虚拟装配过程中与学员进行交流沟通。
[0034] 图2是本实用新型实施例提供的虚拟装配系统的设备连接和功能示意图，其只是本实用新型众多实施例中的一种形式，仅供参考理解，而非对其限制。
[0035] 一些实施例中，所述上位机包括通过unity3D引擎生成所述虚拟装配画面的计算机。
[0036] 本实用新型实施例中，所述上位机可以是计算机；通过Unity3D引擎可以创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型开发工具，本实用新型实施例中，所述计算机通过unity3D引擎渲染生成所述虚拟装配画面，并通过添加C#脚本、模型坐标设置、刚体设置和碰撞体设置，根据讲授教师的操作指令和动作信息操对设备模型的完成拾取及安装。
[0037] 一些实施例中，所述体感交互设备包括体感控制器和动作捕捉手套。
[0038] 本实用新型实施例中，所述体感交互设备可以包括体感控制器和动作捕捉手套。所述体感控制器对讲授教师的真实运动状态进行识别、跟踪和量化，将讲授教师进行虚拟装配时的身体动作信息和运动轨迹映射至虚拟装配环境中，完成人机交互。所述动作捕捉手套是一种多模式的虚拟现实硬件，可进行虚拟装配环景中物体的抓取、移动、旋转等动作；本实用新型实施例中，讲授教师通过佩戴动作捕捉手套，利用它的多模式性，对虚拟装配环境中的待装配虚拟零件进行操作。讲授教师也可以通过控制所述体感控制器和所述动作捕捉手套的操作按钮，发送对虚拟装配进行回放、暂停、继续等控制过程的操作指令。
[0039] 一些实施例中，所述虚拟现实显示设备包括虚拟现实头戴式显示器。
[0040] 本实用新型实施例中，所述虚拟现实头戴式显示器向眼睛发送光学信号，可以实现虚拟现实(VR)、增强现实(AR)和混合现实(MR)等不同效果；本实用新型实施例中，讲授教师通过佩戴所述虚拟现实头戴式显示器，同时接收上位机生成的虚拟装配画面和摄像机采集的环境图像，从而在进行虚拟装配时，可以实时获取到教室中学员听讲的画面，便于在虚拟装配过程中与学员进行交流沟通。其中，同时接收上位机生成的虚拟装配画面和摄像机采集的环境图像的形式有很多种，举例说明，所述摄像机采集的环境图像可以直接由所述上位机通过unity3D引擎渲染至所述虚拟装配画面中作为虚拟装配的背景；或者通过画面分割器，将所述虚拟装配画面和所述环境图像进行分割显示，其中，将所述虚拟装配画面和所述环境图像进行分割显示时，所述虚拟画面可以是全屏显示，并将所述环境图像置于所述虚拟画面任意不影响虚拟装配操作的位置。
[0041] 一些实施例中，所述3D显示屏通过高清多媒体接口与所述上位机连接。
[0042] 本实用新型实施例中，所述3D显示屏通过高清多媒体接口与所述上位机连接。HDMI(High Definition Multimedia Interface，高清多媒体接口)是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。HDMI可用于机顶盒、DVD播放机、个人计算机、电视游乐器、综合扩大机、数字音响和电视机等设备。HDMI可以同时发送音频和视频信号，由于音频和视频信号采用同一条线材，简化了系统线路的安装难度。本实用新型实施例中，所述3D显示屏通过HDMI接口与所述上位机连接，接收并显示所述上位机生成的虚拟装配画面，供学员观看学习。
[0043] 一些实施例中，所述摄像机通过通用串行总线与所述上位机连接。
[0044] 本实用新型实施例中，所述摄像机通过通用串行总线与所述上位机连接，USB(通用串行总线)具有传输速度快、使用方便、支持热插拔、连接灵活、独立供电等优点，适用于摄像机和所述上位机的连接，并传输环境图像信息。
[0045] 一些实施例中，所述动作捕捉手套为Noitom Hi5 VR数据手套，所述Noitom Hi5 VR数据手套通过无线网络与所述上位机连接。
[0046] 本实用新型实施例中，所述动作捕捉手套为Noitom Hi5 VR数据手套，Noitom Hi5 VR数据手套是一种VR手套，可以提供全手稳定的动作捕捉、提供腕部震动和触觉反馈并支持单手或双手的使用模式。所述Noitom Hi5 VR支持2.4G抗同频干扰的无线通信；通过无线网络与所述上位机连接，可以使讲授教师进行虚拟装配操作时更加方便。
[0047] 一些实施例中，所述体感控制器为LeapMotion设备，所述LeapMotion设备通过通用串行总线与所述上位机连接。
[0048] 本实用新型实施例中，所述LeapMotion设备可通过手势的方式，通用串行总线与所述上位机连接进行输入，对虚拟装配目标模型进行操控。
[0049] 一些实施例中，所述虚拟现实显示设备为HTC Vive设备，所述HTC Vive设备通过通用串行总线或高清多媒体接口与所述上位机连接。
[0050] 本实用新型实施例中，HTC Vive包括一个头戴式显示器、两个单手持控制器、一个能于空间内同时追踪显示器与控制器的定位系统，并采用了一块OLED(OrganicLight-Emitting Diode，有机电激光显示)屏幕，单眼有效分辨率为1200x 1080，双眼合并分辨率为2160x 1200。2K分辨率降低了画面的颗粒感，使得讲授教师在进行虚拟装配时几乎感觉不到纱门效应。HTC Vive支持通用串行总线和高清多媒体双接口，本实用新型实施例中，HTC Vive设备可以通过通用串行总线或高清多媒体接口与所述上位机连接。
[0051] 一些实施例中，所述虚拟现实显示设备为Oculus Rift设备，所述Oculus Rift设备通过通用串行总线或高清多媒体接口与所述上位机连接。
[0052] 本实用新型实施例中，所述虚拟现实显示设备为Oculus Rift设备，所述Oculus Rift设备通过通用串行总线或高清多媒体接口与所述上位机连接。Oculus Rift是一款虚拟现实显示器，能够使使用者身体感官中视觉的部分具有沉浸式的体验，使用者佩戴后，看到的是整个虚拟环境；Oculus Rift设备支持Unity 3D。本实用新型实施例中，使用Oculus Rift设备可以提升讲授教师进行虚拟装配时视觉感官上的真实性。
[0053] 通过上述实用新型提供的实施例，学员可以通过观看3D显示屏上显示的虚拟装配画面，学习讲授老师进行虚拟装配时的装配过程。讲授老师通过佩戴虚拟现实显示设备，同时接收上位机生成的虚拟装配画面和摄像机采集的环境图像，从而在进行虚拟装配时，实时获取到教室中学员听讲的画面，解决现有的虚拟装配培训过程中与学员沟通不便利的问题。
[0054] 以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
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