CN110333775A - 一种航天装备增强现实维修诱导系统及方法 - Google Patents

一种航天装备增强现实维修诱导系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种航天装备增强现实维修诱导系统，其特征在于，包括：图形工作站、传输模块、场景摄像机以及透视式头盔，其中，所述图形工作站为维修诱导服务器，通过所述传输模块向所述透视式头盔传输诱导信息，用于向维修人员提供动作指示；所述场景摄像机用于在维修过程中拍摄维修场景图像；所述透视式头盔上还包括有头部位置跟踪器、眼摄像机，所述头部位置跟踪器用于将增强信息够直接叠加到维修场景的精确位置上，头部位置跟踪器的传感器能得出维修场景相对于人头部的位置关系；所述眼摄像机在维修过程中跟踪维修人员的眼球运动；所述传输模块用于传输图形工作站、场景摄像机、透视式头盔以及其上组件的信息传输。

Description

一种航天装备增强现实维修诱导系统及方法
技术领域
本发明属于基于航天制造的虚拟现实领域，涉及一种航天装备增强现实维修诱导系统及方法。
背景技术
以航天装备为代表的设备是一类结构极其复杂、技术高度密集的大型复杂机电系统，使用和维修过程对人员技术和工具设备都有极高的要求。由于受时间、条件和环境等因素的限制，外场维修劳动强度高、技术难度大，是产生维修差错和质量问题的敏感环节。目前，无论是制造厂商还是维修单位，装备的拆装和维修都是依靠纸质或电子手册边看边进行，难度大、效率低，差错难以控制，因此降低维修检查、拆装难度是保证维修质量、减少维修差错的主要途径。
发明内容
本发明提供了一种航天装备增强现实维修诱导系统，其特征在于，包括：图形工作站、传输模块、场景摄像机以及透视式头盔，其中，
所述图形工作站为维修诱导服务器，通过所述传输模块向所述透视式头盔传输诱导信息，用于向维修人员提供动作指示；
所述场景摄像机用于在维修过程中拍摄维修场景图像；
所述透视式头盔上还包括有头部位置跟踪器、眼摄像机，所述头部位置跟踪器用于将增强信息够直接叠加到维修场景的精确位置上，头部位置跟踪器的传感器能得出维修场景相对于人头部的位置关系；所述眼摄像机在维修过程中跟踪维修人员的眼球运动；
所述传输模块用于传输图形工作站、场景摄像机、透视式头盔以及其上组件的信息传输。
优选地，所述图形工作站存储有维修手册，案例库，虚拟样机和专家知识库。
优选地，所述诱导信息包括视频信号、语音信号。
优选地，所述航天装备增强现实维修诱导系统还包括耳机和麦克风。
优选地，所述耳机将所述图形工作站的语音信息提供给维修人员。
优选地，所述麦克风传输维修人员的语音命令，进行语音识别后调用合适的维修的诱导信息。
本发明还提供了一种航天装备增强现实维修诱导方法，其特征在于，包括使用航天装备增强现实维修诱导系统，包括如下步骤：
S1，在维修工位上构建维修诱导系统；
S2，将待维修设备和维修工具放置于维修工作台指定位置；
S3，准备维修过程中使用到的设备和零部件素材，并加工制作虚拟维修场景及UI；
S4，所述诱导系统根据维修手册中的规则、步骤和时序等维修要求制作整个维修流程；
S5，所述诱导系统将S4步骤中的维修流程和虚实场景通过图形工作站投影到增强现实透视式头盔上；
S6，维修人员佩戴增强现实透视式头盔通过所述诱导系统的信息引导进行操作。
优选地，所述步骤S3中的素材包括文字、语音、视频、动画。
优选地，所述步骤S6进一步还包括：若维修人员在出现错误操作，所述诱导系统会通过文字、语音或动画警示维修人员操作错误。
本发明通过三维建模和脚本编写将维修流程完整且准确的制作出来，通过图形工作站投影到增强现实透视式头盔上，在维修人员佩戴增强现实透视式头盔后，根据诱导信息提示维修人员每一步的具体操作，该用什么零部件，该用什么维修工具，零部件和工具的摆放位置等，每一步操作都会被本发明中的诱导系统实时监控，如果维修人员在某一步拿错零部件、工具，或漏掉某一步操作，本发明中诱导系统会通过文字、语音或动画警示维修人员操作错误，同时提示或显示出正确的维修操作，能很好提高维修人员的工作效率，提升维修质量，解决维修过程中存在的共性问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图标记说明：1-图形工作站；2-无线传输模块；3-维修工作台；4-场景摄像机；5-头部位置跟踪器；6-眼摄像机；7-透视式头盔；8-耳机；9-麦克风。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种航天装备增强现实维修诱导系统，其特征在于，包括：图形工作站、传输模块、场景摄像机以及透视式头盔，其中，所述图形工作站为维修诱导服务器，通过所述传输模块向所述透视式头盔传输诱导信息，用于向维修人员提供动作指示；所述场景摄像机用于在维修过程中拍摄维修场景图像；所述透视式头盔上还包括有头部位置跟踪器、眼摄像机，所述头部位置跟踪器用于将增强信息够直接叠加到维修场景的精确位置上，头部位置跟踪器的传感器能得出维修场景相对于人头部的位置关系；所述眼摄像机在维修过程中跟踪维修人员的眼球运动；所述传输模块用于传输图形工作站、场景摄像机、透视式头盔以及其上组件的信息传输。
其中，所述图形工作站存储有维修手册，案例库，虚拟样机和专家知识库。
根据本发明的一个实施例，所述诱导信息包括视频信号、语音信号。
其中，所述航天装备增强现实维修诱导系统还包括耳机和麦克风。
根据本发明的一个实施例，所述耳机将所述图形工作站的语音信息提供给维修人员。
根据本发明的一个实施例，所述麦克风传输维修人员的语音命令，进行语音识别后调用合适的维修的诱导信息。
下面以具体实施例对本发明的系统进行说明。如图1所示，一种航天装备增强现实维修诱导系统，包括1图形工作站、2无线传输模块、3维修工作台、4场景摄像机、5头部位置跟踪器、7透视式头盔6眼摄像机、8耳机和9麦克风。
所述图形工作站1用作维修诱导服务器，存储维修手册，案例库，虚拟样机和专家知识库等，通过程序编程来操作系统的使用。所述图形工作站与所述无线传输模块2相连，将视频、语音信号传输给现场的维修人员，直接叠加到维修人员佩戴的透视式头盔7显示器上。所述透视式头盔显示器与所述头部位置跟踪器5、眼摄像机6、无线传输模块2、耳机8和麦克风9相连，使得维修人员实时看到真实场景，并看到计算机叠加在维修场景上的增强信息。所述头部位置跟踪器使得文字、图像、三维物体等增强信息能够直接叠加到维修场景的精确位置上，跟踪器的传感器能得出维修场景相对于人头部的位置关系。所述眼摄像机在维修过程中跟踪维修人员的眼球运动。所述场景摄像机4在维修过程中拍摄维修场景图像。所述耳机将所述图形工作站的语音信息提供给维修人员。所述麦克风使得维修人员能够直接通过简单语音命令，进行语音识别后调用合适的维修诱导信息。所述无线传输模块与图形工作站、场景摄像机、耳机和麦克风相连，发射与和接收语音和视频信号。
本发明通过三维建模和脚本编写将维修流程完整且准确的制作出来，通过图形工作站投影到增强现实透视式头盔上，在维修人员佩戴增强现实透视式头盔后，根据诱导信息提示维修人员每一步的具体操作，该用什么零部件，该用什么维修工具，零部件和工具的摆放位置等，每一步操作都会被本发明中的诱导系统实时监控，如果维修人员在某一步拿错零部件、工具，或漏掉某一步操作，本发明中诱导系统会通过文字、语音或动画警示维修人员操作错误，同时提示或显示出正确的维修操作，能很好提高维修人员的工作效率，提升维修质量，解决维修过程中存在的共性问题。
本发明的还提供了一种通过增强现实方式引导维修人员根据维修手册中的规则、步骤和时序完成某一项航天装备维修任务的诱导方法，从而解决航天装备维修保障中现有技术存在的上述问题。
该方法包括使用航天装备增强现实维修诱导系统，包括如下步骤：
S1，在维修工位上构建维修诱导系统；
S2，将待维修设备和维修工具放置于维修工作台3指定位置；
S3，准备维修过程中使用到的设备和零部件素材，包括文字、语音、视频、动画等，并加工制作虚拟维修场景及UI；
S4，所述诱导系统根据维修手册中的规则、步骤和时序等维修要求制作整个维修流程；
S5，所述诱导系统将S4步骤中的维修流程和虚实场景通过图形工作站投影到增强现实透视式头盔上；
S6，维修人员佩戴增强现实透视式头盔通过所述诱导系统的信息引导进行操作，如果维修人员在某一步拿错零件、工具，或漏掉某一步操作，所述诱导系统会通过文字、语音或动画警示维修人员操作错误。
下面以具体实施场景对本发明的系统使用进行说明。
实施例为：换向阀组油口法兰拆装维修。
具体可以按照如下步骤在增强现实环境中诱导维修人员根据规则、步骤和时序完成换向阀组油口法兰拆装维修：
S1，在维修工位上构建维修诱导系统，包括图形工作站、透视式头盔、头部位置跟踪器、眼摄像机、场景摄像机、无线传输模块、耳机和麦克风，并完成设备之间的连接；
S2，将待维修的换向阀组和维修工具内六角扳手放置于维修工作台的指定位置；
S3，准备维修过程中零部件和工具的三维模型，例如：法兰、螺钉、垫圈与O型圈等零部件及内六角扳手工具，并加工制作换向阀组油口法兰拆装虚拟维修场景及指示UI；
S4，根据电子交互维修手册中的规则、步骤和时序等维修要求在图形工作站编辑制作换向阀组油口法兰拆装维修流程，例如：使用内六角扳手6拆卸大泵吸油口法兰上的4组螺钉与垫圈，取下O型圈；用内六角扳手5拆卸小泵吸油口法兰上的4组螺钉与垫圈，取下O型圈；将O型圈放入大泵吸油口法兰密封圈沟槽内，再将法兰放入安装位置，用内六角扳手6安装好大泵吸油口法兰上的4组螺钉与垫圈；将O型圈放入小泵吸油口法兰密封圈沟槽内，再将法兰放入安装位置，用内六角扳手6安装好小泵吸油口法兰上的4组螺钉与垫圈，完成拆装维修；
S5，图形工作站将S4步骤中的维修流程和虚拟维修场景、通过场景摄像机得到的真实维修场景投影到增强现实透视式头盔上；
S6，维修人员佩戴增强现实透视式头盔通过眼摄像机识别到待维修的换向阀组，根据系统的信息引导进行换向阀组油口法兰等零部件的拆装维修，系统对维修操作进行实时监控，如果维修人员在某一步拿错零件、工具，或漏掉某一步操作，系统会通过文字、语音或动画警示维修人员操作错误，直至维修人员按照正确的维修步骤一步一步完成整个维修过程。
增强现实技术将真实场景和虚拟物体进行相互融合，提供了一种不同于人类可以感知的信息，不仅展现了真实世界的信息，还将虚拟信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加，其特点是虚实空间对象的一致性结合以及实时交互，区别于虚拟现实中对虚拟物体的全沉浸式交互。增强现实维修诱导系统可将真实维修环境与虚拟维修环境融为一体，确保整个维修过程在真实环境下进行，同时在虚拟环境中根据维修手册中的规则、步骤和时序，并提供带有纠错功能的维修诱导方法引导维修人员操作。相比于其它维修系统，该系统具有更强的形象性、直观性和适时性，不仅维持了用户对真实环境的感官效果，还有效克服由于对装备原理不了解和设备本身的复杂性所带来的维修困难问题，提高维修质量和效果
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种航天装备增强现实维修诱导系统，其特征在于，包括：图形工作站、传输模块、场景摄像机以及透视式头盔，其中，
所述图形工作站为维修诱导服务器，通过所述传输模块向所述透视式头盔传输诱导信息，用于向维修人员提供动作指示；
所述场景摄像机用于在维修过程中拍摄维修场景图像；
所述透视式头盔上还包括有头部位置跟踪器、眼摄像机，所述头部位置跟踪器用于将增强信息够直接叠加到维修场景的精确位置上，头部位置跟踪器的传感器能得出维修场景相对于人头部的位置关系；所述眼摄像机在维修过程中跟踪维修人员的眼球运动；
所述传输模块用于传输图形工作站、场景摄像机、透视式头盔以及其上组件的信息传输。
2.如权利要求1所述的航天装备增强现实维修诱导系统，其特征在于，所述图形工作站存储有维修手册，案例库，虚拟样机和专家知识库。
3.如权利要求1所述的航天装备增强现实维修诱导系统，其特征在于，所述诱导信息包括视频信号、语音信号。
4.如权利要求3所述的航天装备增强现实维修诱导系统，其特征在于，所述航天装备增强现实维修诱导系统还包括耳机和麦克风。
5.如权利要求4所述的航天装备增强现实维修诱导系统，其特征在于，所述耳机将所述图形工作站的语音信息提供给维修人员。
6.如权利要求4所述的航天装备增强现实维修诱导系统，其特征在于，所述麦克风传输维修人员的语音命令，进行语音识别后调用合适的维修的诱导信息。
7.一种航天装备增强现实维修诱导方法，其特征在于，包括使用航天装备增强现实维修诱导系统，包括如下步骤：
S1，在维修工位上构建维修诱导系统；
S2，将待维修设备和维修工具放置于维修工作台指定位置；
S3，准备维修过程中使用到的设备和零部件素材，并加工制作虚拟维修场景及UI；
S4，所述诱导系统根据维修手册中的规则、步骤和时序等维修要求制作整个维修流程；
S5，所述诱导系统将S4步骤中的维修流程和虚实场景通过图形工作站投影到增强现实透视式头盔上；
S6，维修人员佩戴增强现实透视式头盔通过所述诱导系统的信息引导进行操作。
8.如权利要求7所述的航天装备增强现实维修诱导方法，其特征在于，所述步骤S3中的素材包括文字、语音、视频、动画。
9.如权利要求8所述的航天装备增强现实维修诱导方法，其特征在于，所述步骤S6进一步还包括：若维修人员在出现错误操作，所述诱导系统会通过文字、语音或动画警示维修人员操作错误。
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