CN106200414A - 一种基于delmia二次开发的非沉浸式虚拟维修快速仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于DELMIA二次开发的非沉浸式虚拟维修快速仿真方法，属于虚拟仿真技术领域。本发明分析维修动作种类，并描述相应的仿真要求，为各维修动作选取DELMIA人机任务仿真模块中单个或多个仿真工具，获取各仿真工具的二次开发控制方式，整合仿真工具对应的二次开发方式，封装为软件中的应用模块，实现快速进行单一维修动作仿真的工具。对具体仿真任务，将仿真过程分解为单一的维修动作，应用封装后的快速仿真工具生成仿真维修动作，再根据仿真逻辑将仿真维修动作进行时序控制，连接一起生成虚拟维修仿真过程。本发明降低了DELMIA平台生成仿真过程中操作的复杂和繁琐，形成快速生成虚拟仿真过程的系统性方法。

Description

一种基于DELMIA二次开发的非沉浸式虚拟维修快速仿真方法

技术领域

本发明是一种基于DELMIA(Digital Enterprise Lean ManufacturingInteraction Application)人机任务仿真模块二次开发的非沉浸式虚拟维修仿真快速生成方法，属于二次开发技术辅助虚拟仿真的技术领域。

背景技术

1.DELMIA进行非沉浸式仿真生成的优势。

DELMIA虚拟仿真平台为工业领域中的产品外形设计、机器运行仿真、人机工效评估等提供了强大的分析工具和仿真平台，其中人机任务仿真模块(Human TaskSimulation)以其全面、系统的仿真工具，为非沉浸式虚拟维修仿真生成提供了可行方案。使用者可以根据仿真任务要求、维修操作过程、工具使用方式、人体姿态调整等，生成其所需的虚拟维修仿真过程，并在仿真生成之后分析人员操作的可达性、工具操作的适用性以及产品设计的可行性，为产品设计人员及使用人员在产品的设计初期阶段及早地了解产品本身提供了经济、有效、便捷的方式。

2.非沉浸式仿真制作过程繁琐的客观性和快速仿真生成的必要性。

然而在现阶段非沉浸式仿真生成过程中，由于DELMIA人机任务仿真模块中各类仿真和分析工具的多样性、仿真和分析工具使用中参数设置的复杂性、以及实现仿真动作时不同工具同时使用的不确定性，根据要求来完成规定的仿真过程变得非常繁琐，例如生成1分钟的仿真过程往往需要2周甚至更长的时间来完成。近些年关于DELMIA人机任务仿真模块的培训资料非常有限，而且资料不能够完全的覆盖所有的工具操作指导，使用人员需要经历较长的摸索和实践来熟悉该模块各类工具的使用，这为非沉浸式虚拟维修仿真生成带来了很大的困难。此外，维修仿真过程多种多样，而非沉浸式虚拟维修仿真生成过程繁琐，所以提供一种快速生成仿真过程的方法变得尤为重要。

3.二次开发对快速仿真支撑的可行性。

Automation技术通过面向对象为一个可执行程序控制另一个可执行程序提供了可行的思路，同时，应用程序设计接口可以同允许对象链接与嵌入的平台进行通讯。DELMIA的应用工具二次开发控制函数可以通过应用程序设计接口获得，基于Automation技术的DELMIA二次开发需要文件结构、应用程序设计接口函数以及控制序列得以实现。通过DELMIA的二次开发，可以实现虚拟仿真中相关工具的控制，在控制单一的仿真工具之后，逐一生成所需要的仿真任务，然后通过虚拟维修过程中的逻辑关系，将生成的全部仿真任务进行连接从而得到整个虚拟仿真过程。

发明内容

本发明的目的是为了降低DELMIA虚拟仿真平台中人机任务仿真模块生成仿真过程中操作的复杂和繁琐，以生成维修过程中的各类动作为目标，基于DELMIA二次开发技术，有针对性地分析、应用、整合该模块下的仿真工具，将各类动作封装成为独立的应用工具，避免了非沉浸式仿真生成过程中需要考虑逻辑顺序、应用方式、约束分析等复杂问题，形成快速生成虚拟仿真过程的系统性方法。

本发明提供了一种基于DELMIA二次开发的非沉浸式虚拟维修快速仿真方法，通过如下步骤实现：

步骤一、分析维修过程中的维修动作种类，对各类维修动作在仿真中的要求进行描述。

维修动作种类包括有行走类动作、姿态调整类动作和手部操作类动作。

更具体地，维修动作包括人体避障行走、拾取物体、放下物体、徒手操作、维修工具使用和身体调整。

步骤二、为各维修动作选取DELMIA人机任务仿真模块中单个或多个仿真工具。

步骤三、获取步骤二中涉及的DELMIA人机任务仿真模块中仿真工具的二次开发控制方式。

步骤四、整合所选取的仿真工具对应的二次开发方式；

在整合时，将共有变量合并、特有变量单独表达、关联函数正确调用，同时通过设置输入与输出信息的传递方式将各类仿真过程所需要的函数进行约束。

步骤五、封装快速实现单一维修动作仿真的工具

对各仿真工具在二次开发环境中进行封装，体现形式为软件中的应用模块，用户按照仿真目的设置应用模块中的参数值。

步骤六、将仿真任务过程分解为单一的维修动作，应用步骤五中封装后的快速仿真工具，逐一生成仿真过程所需要的全部维修动作。

步骤七、根据仿真的逻辑顺序，将步骤六中所有的仿真维修动作进行时序控制，连接一起生成虚拟维修仿真过程。

与现有的在DELMIA人机任务仿真模块中生成虚拟维修仿真的方法相比，本发明的优点和积极效果在于：

a)本发明面向的虚拟平台DELMIA为工业领域内的通用软件，可应用该平台下有人员参与的各类维修过程虚拟仿真；

b)基于客观存在的各类DELMIA仿真工具的二次开发方式，通过对这些二次开发方式的逻辑分析、整合以及决断，把二次开发方式这一客观存在的有价值信息进行有目的地、合理地分析及应用，实现面向快速仿真的工具封装；

c)以设置封装后的快速仿真模块中的参数指标来代替直接操纵DELMIA人机任务仿真模块中各类仿真工具，这一过程中免去了考虑仿真工具的逻辑顺序及约束关系，降低了非沉浸式虚拟仿真过程生成的复杂性和繁琐性，大大提高了仿真效率；

d)本发明方法中对于快速仿真的思路对于在DELMIA平台中开展物体运动仿真、多人协同仿真提供了技术支撑。

附图说明

图1为本发明基于DELMIA二次开发的非沉浸式虚拟维修快速仿真方法的原理框图；

图2为通过本发明的快速仿真方法生成的虚拟维修过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术进行详细说明。

本发明针对DELMIA环境非沉浸式仿真生成过程操作的多样性、复杂性和不确定性，分析虚拟维修仿真过程中所需要的维修操作类别，基于人机任务仿真模块的工具栏中各类操作工具的二次开发控制函数，以单一的维修操作仿真生成为目标，通过控制函数的逻辑控制和系统整合，同时考虑虚拟维修仿真过程中的操作约束，最终形成各类维修操作的仿真工具，为快速地生成非沉浸式虚拟维修仿真提供辅助支持。

如图1所示，实现本发明的非沉浸式虚拟维修仿真快速生成方法，常用的维修动作分类和仿真工具分析是基础，确定仿真工具的二次开发方式以及面向仿真实现的仿真工具组合是方法的必要条件，探索仿真工具二次开发方式并以快速仿真为目标对所需要的仿真工具进行合理地逻辑整合和封装是方法的核心和关键，也是整个方法的创新之处。图1的右侧是对本方法应用的示例说明，当给定仿真过程需求后，逐一分析仿真过程中人员的动作，并与方法中所分析的基本维修动作一一对应，然后找到对应后动作的仿真工具封装包，按照逻辑顺序、并行关系对仿真人员的动作逐一实现仿真，最终实现整个过程的仿真。

本发明的基于DELMIA二次开发的非沉浸式虚拟维修快速仿真方法，如图1所示，下面说明各实现步骤。

步骤一、分析维修过程中的维修动作种类。

维修过程因维修对象的不同多种多样，但这些维修过程包含的基本维修动作基本一致，所以在分析维修过程时，可以将其分解为单一的维修动作来进行相关分析，这些基本动作将整合仿真工具进行封装的目标。分析维修操作中的常用维修动作，如行走类动作、姿态调整类、手部操作类等，并对这些维修动作种类在仿真中的要求进行描述。

面向行走类、姿态调整类、手部操作类三大类动作，考虑三类动作中常见的维修动作，人体避障行走、拾取物体、放下物体、徒手操作、维修工具使用、身体调整覆盖了维修过程中大部分的操作，本方法选用这六大类人员动作进行分析。在虚拟仿真中，这些维修动作应符合的仿真要求说明如下。

1)人体避障行走：按照维修操作要求，虚拟人在虚拟场景中以目标点为行走的终点，在行走过程中避开障碍物的前提下，以最短的路径行走至终点；

2)拾取物体：通过调整身体姿态，如低头、弯腰、下蹲等，以合理的手势如抓握、拿捏等，将待拾取对象拿到手中，拾取完成后调整至标准姿态；

3)放下物体：通过调整身体姿态，如低头、弯腰、下蹲等，以合理的放置姿态将手中的待对象放置于指定位置，放置结束后调整至标准姿态；

4)徒手操作：针对需要通过手部操作实现的仿真过程，通过将手部移动到指定位置，以合理的手势，依据正确的操作如拧紧、拧松等，完成徒手操作仿真；

5)维修工具使用：针对需要通过工具操作实现的仿真过程，手部以合理的姿势抓握制定工具，并移动到操作位置，依据正确的操作如拧紧、拧松等，完成工具使用仿真；

6)身体调整：为实现动作直接的合理过渡，实现更为逼真的仿真过程，在上述动作之间增加的身体调整动作，如转身、迈腿等。

步骤二、选取DELMIA人机任务仿真模块中单个或多个合适的仿真工具以实现步骤一中的各类维修动作。

面向上述六种维修动作，选取完成各个动作所必需要的单个或多个仿真工具，并确定在实现各个动作时，所需工具的逻辑顺序及应用方式，这是实现快速仿真正确和合理的依据。

1)人体避障行走：首先需要通过行走仿真工具，然后选择行走平面，并在行走平面上确定人的行走终点来完成该维修仿真动作；

2)拾取物体：首先通过姿态调整仿真工具将手移动到目标物体，然后以合理的手势仿真工具和运动学仿真工具将手势调至合理，最后通过拾取仿真工具完成该维修仿真动作；

3)放下物体：首先通过姿态调整仿真工具将手和物体移动到目标位置，然后应用放置仿真工具完成该维修仿真动作；

4)徒手操作：首先通过姿态调整仿真工具将手移动到目标位置，然后以合理的手势仿真工具和运动学仿真工具将手势调至合理，最后通过确定始末动作帧及循环次数完成该维修动作；

5)维修工具使用：分为两种情况。第一种为手上已拿起维修工具，通过姿态仿真工具将工具调整到合理的目标位置，然后通过确定始末动作帧及循环次数完成该维修动作，第二种为手上未拿起维修工具，首先通过拾取物体操作拿起维修工具，然后根据第一种描述的仿真工具使用，完成该维修仿真动作；

6)身体调整：该类动作通过姿态仿真工具和运动学仿真工具完成仿真动作。

DELMIA人机任务仿真模块中共有X个工具栏约X个工具，大部分工具都与仿真的实现过程密不可分，如场景载入、人体控制、物体操纵等。如图1所示，DELMIA平台人机任务仿真模块仿真工具中，有A仿真控制类、B对象控制类和C场景管理类。例如A仿真控制类工具有过程连接工具、任务控制工具等，B对象控制类工具有罗盘工具、运动学工具等，C场景管理类有导入工具、视角工具等。在步骤二中，为每个仿真动作确定仿真工具。例如实现“向前，避障行走”用A-4、B-5和C-1这三个仿真工具，A-4、B-5和C-1为仿真工具编号，例如A-4为A类编号为4的仿真工具。

步骤三、获取步骤二中涉及的DELMIA人机任务仿真模块中仿真工具的二次开发控制方式。

在确定仿真工具的二次开发控制方式时，需要确定相关的函数及属性等。仿真工具各自的二次开发方式多种多样，每个仿真工具的二次开发方式在DELMIA函数库中是确定的，在获取每个仿真工具的二次开发方式时，需要根据仿真过程，合理的选择、取舍、优化二次开发控制函数中的变量。

如图1所示，例如过程链接工具对应的二次开发控制方式为Process_link，任务控制工具对应的二次开发控制方式为Task_control，为每个操作工具选取对应的二次开发控制方式，可根据具体需要取舍其中的变量。

步骤四、整合步骤三中选取的仿真工具对应的二次开发方式。

由于每个仿真工具的二次开发控制与实现方式不同，在实现维修动作仿真时，需要统一整合步骤三中针对每个维修动作的仿真工具二次开发控制方式，这一步骤是实现快速仿真的核心与关键，决定了应用该方法生成仿真的准确性和便捷性。

根据步骤三确定所选仿真工具二次开发的函数及相关变量，以实现步骤二中的六类维修任务仿真为目标，分析这六类仿真过程所需要仿真工具的二次开发方式，通过合理和有序的逻辑控制，将共有变量合并、特有变量单独表达、关联函数正确调用，同时通过设置输入与输出信息的传递方式将各类仿真过程所需要的函数进行约束，实现面向六类维修任务仿真过程生成的仿真工具控制函数的合理整合。

步骤五、封装快速实现单一维修动作仿真的工具。

选择合适的开发环境，将步骤三中选取的仿真工具依据步骤四确定的整合方式，以生成六类维修动作为目标，封装为六个独立的仿真工具，一般以软件中的应用模块为体现形式，在这些独立封装的快速仿真操作应用模块中，给出能够完成每一类维修动作的参数，用户可以按照其仿真目的进行参数值的设置，使用户能够只需要通过对模块中的参数值进行设定就可以完成规定的仿真动作。通过封装的应用模块，使用户不操作或极少操作DELMIA人机仿真模块下的仿真工具，就可达到快速生成仿真动作的目的。

二次开发环境例如是C++、C#、VB等程序编写软件，在二次开发环境中将各仿真工具进行封装，某个维修工具封装后表现为一个软件应用模块，例如图1中，向前避障行走的某个维修工具封装为模块1-1，用户只需要设置模块1-1中的参数值。

步骤六、逐一生成非沉浸式虚拟维修仿真任务所需要的全部维修动作。

分析非沉浸式虚拟维修仿真任务所需要的全部维修动作及仿真顺序，基于步骤五中独立封装的仿真工具，在虚拟场景中指定的虚拟人的任务列表下生成各自的维修动作。

步骤七、连接封装后的维修动作仿真工具以生成整个维修仿真过程。

基于快速仿真操作模块与DELMIA仿真平台之间的通讯，将步骤六中所有虚拟人生成的维修仿真动作按照仿真逻辑进行时序控制，最终生成虚拟维修仿真过程。

实施例

以某对象的拆卸过程的部分维修规程为例，完成DELMIA平台下的非沉浸式虚拟维修过程仿真，部分维修规程如下

1)维修人员1在保障台上棘轮扳手，避开机柜行走至目标点；

2)维修人员2在目标点徒手拧开电接头；

3)维修人员3携带螺丝刀在目标点进行拆卸操作。

根据步骤一分析上述维修规程所需要的维修动作，并根据步骤五中封装后的快速仿真工具生成相应的维修动作，如下面表1所示。

表1维修任务仿真示例

将快速仿真工具生成的每个维修动作，根据维修规程要求的逻辑顺序，根据步骤七的方法进行时序控制，最终生成虚拟仿真过程，如图2所示。

Claims (2)

1.一种基于DELMIA二次开发的非沉浸式虚拟维修快速仿真方法，其特征在于，实现步骤如下：

步骤一、分析维修过程中的维修动作种类，并对各类维修动作在仿真中的要求进行描述；

所述的维修动作种类包括有行走类动作、姿态调整类动作和手部操作类动作；

步骤二、为各类维修动作选取DELMIA人机任务仿真模块中单个或多个仿真工具；

步骤三、确定步骤二中选取的DELMIA人机任务仿真模块中仿真工具的二次开发控制方式；

步骤四、整合所选取的仿真工具对应的二次开发方式；

在整合时，将共有变量合并、特有变量单独表达、关联函数正确调用，同时通过设置输入与输出信息的传递方式将各类仿真过程所需要的函数进行约束；

步骤五、封装快速实现单一维修动作仿真的工具；

对各仿真工具在二次开发环境中进行封装，体现形式为软件中的应用模块，用户按照仿真目的设置应用模块中的参数值；

步骤六、将仿真任务过程分解为单一的维修动作，对各维修动作，应用步骤五中封装后的快速仿真工具，逐一生成仿真过程所需要的全部维修动作；

步骤七、根据仿真逻辑顺序，将步骤六中所有的仿真维修动作进行时序控制，连接一起生成虚拟维修仿真过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于DELMIA二次开发的非沉浸式虚拟维修快速仿真方法，其特征在于，所述的步骤一中，维修动作包括六类：人体避障行走、拾取物体、放下物体、徒手操作、维修工具使用和身体调整；维修动作的仿真要求描述如下：

人体避障行走：按照维修操作要求，虚拟人在虚拟场景中以目标点为行走的终点，在行走过程中避开障碍物的前提下，以最短的路径行走至终点；

拾取物体：通过调整身体姿态，以合理的手势将待拾取对象拿到手中，拾取完成后调整至标准姿态；

放下物体：通过调整身体姿态，以合理的放置姿态将手中的待对象放置于指定位置，放置结束后调整至标准姿态；

徒手操作：针对需要通过手部操作实现的仿真过程，通过将手部移动到指定位置，以合理的手势，依据正确的操作，完成徒手操作仿真；

维修工具使用：针对需要通过工具操作实现的仿真过程，手部以合理的姿势抓握制定工具，并移动到操作位置，依据正确的操作，完成工具使用仿真；

身体调整：在上述维修动作之间增加身体调整动作，实现动作过渡。