機(jī)械裝備虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)及實(shí)例分析 課件 第4章 裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)

第四章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造目錄CONTENTS4.1

Transform組件4.1.1基本屬性介紹4.1.2數(shù)學(xué)相關(guān)概念4.1.3運(yùn)動(dòng)方式與控制方法4.2裝配模型操控技術(shù)4.3虛擬裝配演示4.4自動(dòng)約束定位技術(shù)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.1Transform組件戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1裝配路徑工藝規(guī)劃碰撞檢測(cè)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.1Transform組件戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造2牽引部傳動(dòng)牽引部整體截割部傳動(dòng)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.1.1基本屬性介紹戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造3（1）位置Position組件（2）旋轉(zhuǎn)Rotation組件（3）比例Scale組件虛擬產(chǎn)品真實(shí)產(chǎn)品Unity3d部分界面第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.1.1基本屬性介紹戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造4（1）Position（x,y,z）//示例代碼transform.position=newVector3(l.0.0)//將游戲?qū)ο蟮奈恢迷O(shè)置為(1.0,0)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.1.1基本屬性介紹戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造5（2）Rotation//示例代碼transform.rotation=Quaternion.Euler(0,0,90)//將游戲?qū)ο罄@Z軸旋轉(zhuǎn)90°第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.1.1基本屬性介紹戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造6（3）Scale//示例代碼transform.localScale=newVector3(2,2,2);//將游戲?qū)ο蠓糯鬄樵瓉?lái)的兩倍第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.1.2數(shù)學(xué)相關(guān)概念戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造7

四元數(shù)：作為有序?qū)?，可以表示為以下形式：s為實(shí)數(shù)，V為三維空間中的向量

將v用i,

j,

k表示：

Unity中的表示方法：Vector3(0,0,0)Unity中的表示方法：Quaternion(0,0,0,1)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.1.3運(yùn)動(dòng)方式與控制方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造8（1）移動(dòng)（1）直接修改Transform組件的position屬性：//將物體移動(dòng)到目標(biāo)位置transform.position=targetPosition;（2）使用Translate函數(shù)：//在世界坐標(biāo)系中平滑地移動(dòng)物體到目標(biāo)位置transform.Translate(targetPosition-transform.position,Space.World);//在局部坐標(biāo)系中平滑地移動(dòng)物體到目標(biāo)位置transform.Translate(targetPosition-transform.localPosition,Space.Self);第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.1.3運(yùn)動(dòng)方式與控制方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造9（2）旋轉(zhuǎn)（1）直接修改Transform組件的rotation屬性：//將物體旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)角度transform.rotation=Quaternion.Euler(targetEulerAngles);（2）使用Rotate函數(shù)：//在世界坐標(biāo)系中平滑地旋轉(zhuǎn)物體到目標(biāo)角度transform.Rotate(Vector3.up,targetAngle,Space.World);//在局部坐標(biāo)系中平滑地旋轉(zhuǎn)物體到目標(biāo)角度transform.Rotate(Vector3.forward,targetAngle,Space.Self);第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.1.3運(yùn)動(dòng)方式與控制方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造10（3）縮放（1）直接修改Transform組件的Scale屬性：//將物體縮放到目標(biāo)大小transform.localScale=targetScale;（2）使用Scale函數(shù)：//在世界坐標(biāo)系中平滑地縮放物體到目標(biāo)大小transform.localScale=Vector3.Lerp(transform.localScale,targetScale,Time.deltaTime);//在局部坐標(biāo)系中平滑地縮放物體到目標(biāo)大小transform.localScale=Vector3.Lerp(transform.localScale,targetScale,Time.deltaTime);目錄CONTENTS4.1Transform組件4.2裝配模型操控技術(shù)4.2.1基本操作方法4.2.2模型路徑記錄與回放4.3虛擬裝配演示4.4自動(dòng)約束定位技術(shù)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.2.1基本操作方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造11平移以選擇、平移、旋轉(zhuǎn)等操作實(shí)現(xiàn)模型的組裝和調(diào)整裝配效率精度可操作性選擇旋轉(zhuǎn)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.2.1基本操作方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造12點(diǎn)擊高亮框選高亮命令輸入高亮選擇移動(dòng)修改刪除&&交互反饋碰撞檢測(cè)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.2.1基本操作方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造13

//鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊時(shí)觸發(fā)if(Input.GetMouseButtonDown(0)){//射線從鼠標(biāo)當(dāng)前位置發(fā)射Rayray=Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);RaycastHithit;//檢測(cè)射線是否與物體發(fā)生碰撞if(Physics.Raycast(ray,outhit)){//如果物體被點(diǎn)擊，獲取該物體的Renderer組件objectRenderer=hit.transform.GetComponent<Renderer>();if(objectRenderer!=null){//保存物體的原始顏色originalColor=objectRenderer.material.color;//改變物體的顏色為高亮顏色objectRenderer.material.color=highlightColor;}}}點(diǎn)擊高亮右鍵點(diǎn)擊選中，左鍵取消第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.2.1基本操作方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造14

//鼠標(biāo)左鍵按下時(shí)開始框選if(Input.GetMouseButtonDown(0)){isSelecting=true;startMousePosition=Input.mousePosition;//記錄起始鼠標(biāo)位置}//鼠標(biāo)左鍵釋放時(shí)結(jié)束框選if(Input.GetMouseButtonUp(0)){isSelecting=false;//計(jì)算框選區(qū)域RectselectionRect=GetSelectionRect(startMousePosition,Input.mousePosition);SelectObjectsInArea(selectionRect);}

//檢查物體是否在框選區(qū)域內(nèi)if(selectionRect.Contains(screenPos)){selectedObjects.Add(renderer);renderer.material.color=highlightColor;//高亮顯示選中的物體}框選高亮右鍵點(diǎn)擊拖動(dòng)，松開完成框選第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.2.1基本操作方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造15

//當(dāng)按下回車鍵時(shí)，執(zhí)行查找并高亮物體的操作if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Return)){HighlightObject(objectNameInput.text);//獲取輸入的物體名稱}

voidHighlightObject(stringobjectName){

//查找場(chǎng)景中的物體GameObjecttargetObject=GameObject.Find(objectName);if(targetObject!=null){//如果物體存在，獲取物體的Renderer組件selectedObjectRenderer=targetObject.GetComponent<Renderer>();if(selectedObjectRenderer!=null){originalColor=selectedObjectRenderer.material.color;//設(shè)置物體的顏色為高亮顏色selectedObjectRenderer.material.color=highlightColor;}}}命令輸入高亮輸入模型名稱，回車執(zhí)行高亮第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.2.1基本操作方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造16鼠標(biāo)拖動(dòng)鍵盤輸入碰撞檢測(cè)局部坐標(biāo)系03世界坐標(biāo)系02鼠標(biāo)坐標(biāo)系（屏幕坐標(biāo)系）01第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.2.1基本操作方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造17

voidOnMouseDown(){//獲取物體的Z坐標(biāo)zCoordinate=mainCamera.WorldToScreenPoint(transform.position).z;//計(jì)算鼠標(biāo)與物體的偏移量offset=transform.position-GetMouseWorldPosition();}

voidOnMouseDrag(){//在拖拽過(guò)程中更新物體的位置Vector3currentMousePosition=GetMouseWorldPosition()+offset;transform.position=newVector3(currentMousePosition.x,currentMousePosition.y,transform.position.z);

}Vector3GetMouseWorldPosition(){//將鼠標(biāo)的位置從屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)Vector3mouseScreenPosition=Input.mousePosition;mouseScreenPosition.z=zCoordinate;//保持物體的Z坐標(biāo)不變r(jià)eturnmainCamera.ScreenToWorldPoint(mouseScreenPosition);}鼠標(biāo)拖動(dòng)點(diǎn)擊選中并拖動(dòng)，松手結(jié)束第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.2.1基本操作方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造18

voidUpdate(){//獲取鍵盤輸入并根據(jù)輸入值移動(dòng)物體floatmoveX=Input.GetAxis("Horizontal");//獲取左右方向鍵（A/D或

左/右箭頭）floatmoveY=Input.GetAxis("Vertical");//獲取上下方向鍵（W/S或

上/下箭頭）Vector3moveDirection=newVector3(moveX,moveY,0)*moveSpeed*Time.deltaTime;transform.Translate(moveDirection);//根據(jù)計(jì)算的移動(dòng)方向移動(dòng)物體}鍵盤鍵入↑↓←→或WASD控制第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.2.1基本操作方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造19按鈕旋轉(zhuǎn)繞XYZ軸正反向旋轉(zhuǎn)預(yù)置角度+-XYZ旋轉(zhuǎn)軸的選擇15°旋轉(zhuǎn)角度碰撞檢測(cè)滑動(dòng)條控制第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.2.2模型路徑記錄與回放戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造20截割軌跡顯示（綠色線）數(shù)據(jù)采集路徑儲(chǔ)存路徑構(gòu)建路徑回放逐幀記錄物體的位置和角度變化創(chuàng)建路徑存儲(chǔ)容器，例如表格、數(shù)組將儲(chǔ)存的路徑數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建和展示使物體按原始軌跡重新運(yùn)動(dòng)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.2.2模型路徑記錄與回放戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造21數(shù)據(jù)采集路徑儲(chǔ)存路徑構(gòu)建路徑回放按下S鍵開始記錄路徑，控制物體移動(dòng)創(chuàng)建路徑存儲(chǔ)容器，D:/path/PathData.csv將儲(chǔ)存的路徑數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建和展示使物體按原始軌跡重新運(yùn)動(dòng)目錄CONTENTS4.1Transform組件4.2裝配模型操控技術(shù)4.3虛擬裝配演示4.3.1裝配序列與路徑規(guī)劃4.3.2動(dòng)畫演示4.4自動(dòng)約束定位技術(shù)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.3.1裝配序列與路徑規(guī)劃戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造22煤機(jī)裝備的裝配工藝規(guī)劃包括裝配序列規(guī)劃和裝配路徑規(guī)劃。裝配序列規(guī)劃主要研究產(chǎn)品的裝配順序及其幾何可行性，找到滿足幾何、工藝條件的裝配順序，并逐步將產(chǎn)品裝配起來(lái)。裝配路徑規(guī)劃主要研究產(chǎn)品裝配時(shí)的路徑問(wèn)題，要求每個(gè)零件按照某一裝配軌跡運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置，避免和其他零件發(fā)生干涉，且裝配路徑應(yīng)盡量縮短。虛擬拆卸法裝配規(guī)劃主要是按順序選擇零部件及其拆卸方向，計(jì)算機(jī)將選擇的零部件沿拆卸方向按給定步長(zhǎng)作細(xì)化處理，并逐步進(jìn)行空間位置變換，依次將各零部件拆卸出來(lái)裝配序列和路徑規(guī)劃裝配體拆裝順序虛擬拆卸法裝配規(guī)劃第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.3.1裝配序列與路徑規(guī)劃戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造23破碎部調(diào)高油缸一般是按標(biāo)號(hào)順序，由活塞連桿0到組件6逐步進(jìn)行裝配。破碎部調(diào)高油缸裝配序列該部分主要由一行星減速裝置組成，其裝配時(shí)也應(yīng)按一般行星減速裝置裝配方法進(jìn)行裝配。破碎部齒輪部分裝配初步規(guī)劃第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.3.1裝配序列與路徑規(guī)劃戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造24對(duì)破碎部整體進(jìn)行裝配序列初步研究，并在虛擬場(chǎng)景中對(duì)其進(jìn)行布局，如圖所示。該部分主要有調(diào)高油缸、破碎搖臂、破碎護(hù)板、齒輪部分、破碎滾筒等部分組成，在實(shí)際裝配時(shí)，有多種裝配序列可選，但其中應(yīng)保證破碎滾筒、裝配齒輪與破碎護(hù)板的先后裝配順序，否則不能成功裝配。破碎部整體裝配初步規(guī)劃第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.3.1裝配序列與路徑規(guī)劃戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造25對(duì)于標(biāo)號(hào)為0的活塞連桿和活塞，必須要首先安裝標(biāo)號(hào)為1的缸筒，然后再安裝標(biāo)號(hào)為2的缸座。截割部調(diào)高油缸裝配初步規(guī)劃首先需要對(duì)截一軸到截五軸分別進(jìn)行裝配，然后將截割滾筒中的行星減速裝置與截五軸進(jìn)行連接，完成整個(gè)傳動(dòng)齒輪的裝配。截割部傳動(dòng)齒輪裝配初步規(guī)劃第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.3.1裝配序列與路徑規(guī)劃戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造26采煤機(jī)截割部整體裝配沒(méi)有固定的裝配序列可言，實(shí)際中應(yīng)結(jié)合其在采煤機(jī)的位置進(jìn)一步討論研究。截割部整體裝配初步規(guī)劃第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.3.1裝配序列與路徑規(guī)劃戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造27外牽引的裝配比較簡(jiǎn)單，但需要注意的是必須在齒輪裝配完成后才能夠進(jìn)行端蓋的裝配。外牽引裝配初步規(guī)劃從圖中可以看出，該部分的裝配是按兩條軸線進(jìn)行的，在裝配時(shí)除了需要注意每條軸線方向兩端部件的進(jìn)出順序，還要避免兩條軸線上進(jìn)出的部件發(fā)生干涉。內(nèi)牽引齒輪一部分裝配初步規(guī)劃第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.3.1裝配序列與路徑規(guī)劃戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造28從圖中可以看出，該部分的裝配是按兩條軸線進(jìn)行的，在裝配時(shí)除了需要注意每條軸線方向兩端部件的進(jìn)出順序，還要避免兩條軸線上進(jìn)出的部件發(fā)生干涉。內(nèi)牽引齒輪二部分裝配初步規(guī)劃該部分的裝配與內(nèi)牽引齒輪一部分類似，是以一條軸線進(jìn)行裝配，只需注意該軸線方向上兩端部件的進(jìn)出順序即可。內(nèi)牽引齒輪一部分裝配初步規(guī)劃第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.3.1裝配序列與路徑規(guī)劃戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造29從圖中可以看出，外牽引是與內(nèi)牽引的齒輪一部分連接的，三個(gè)齒輪部分相接組成內(nèi)牽引。牽引部裝配初步規(guī)劃第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.3.2動(dòng)畫演示戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造30建模動(dòng)畫制作渲染建模軟件虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.3.2動(dòng)畫演示戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造31創(chuàng)建相機(jī)：調(diào)節(jié)顯示框和模型的位置和大小設(shè)置關(guān)鍵幀：存儲(chǔ)零件狀態(tài)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.3.2動(dòng)畫演示戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造32導(dǎo)入3dsMax初始圖裝配位置規(guī)劃，記錄并標(biāo)記零件位置3dsMax動(dòng)畫制作界面制作裝配和拆卸動(dòng)畫對(duì)每個(gè)模型的圖形編輯器之軌跡視圖進(jìn)行調(diào)整圖中線條即為發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)間運(yùn)動(dòng)的模型的速度圖，最初其為一條曲線，說(shuō)明該模型從初始時(shí)間即進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)，為了保證其在規(guī)定時(shí)間幀數(shù)上才開始運(yùn)動(dòng)，如中間圖在該幀數(shù)上添加一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，再將該關(guān)鍵點(diǎn)之前的曲線拖拽成直線，使其變成和初始狀態(tài)一樣勻速運(yùn)動(dòng)，也就是靜止?fàn)顟B(tài)，從關(guān)鍵點(diǎn)之后再開始加速運(yùn)動(dòng)。目錄CONTENTS4.1Transform組件4.2

裝配模型操控技術(shù)4.3虛擬裝配演示4.4自動(dòng)定位約束技術(shù)第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.4自動(dòng)定位約束技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造33傳統(tǒng)軟件（UG/Pro-E）的裝配約束基于點(diǎn)、線、面。導(dǎo)入虛擬場(chǎng)景后約束丟失，難以精確定位。用戶依賴視覺(jué)判斷，易產(chǎn)生裝配間隙。傳統(tǒng)裝配約束的局限性用戶拖拽模型到目標(biāo)附近計(jì)算當(dāng)前位置與目標(biāo)的距離若距離<閾值，自動(dòng)吸附到目標(biāo)位置自動(dòng)定位約束技術(shù)流程第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.4自動(dòng)定位約束技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造34環(huán)境設(shè)置與模型導(dǎo)入腳本編寫腳本掛載與參數(shù)設(shè)置測(cè)試與優(yōu)化場(chǎng)景優(yōu)化12345自動(dòng)定位約束實(shí)現(xiàn)流程第4章裝備虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)4.4自動(dòng)定位約束技術(shù)——環(huán)境設(shè)置與模型導(dǎo)入

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造35導(dǎo)入/創(chuàng)建模型

碰撞體Collider設(shè)置Rigidbody配置//在拖動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)射線檢測(cè)獲取鼠標(biāo)位置，并更新模型的位置。if(isDragging){Rayray=Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);RaycastHithit;if(Physics.Raycast(ray,outhit)){transform.position=hit.point+offset;}}voidSnapToTarget(){floatdistance=Vector3.Distance(transform.position,target.position);if(distance<snapDistance){