CN115220567A - 一种基于vr技术的耦合器维修仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于VR技术的耦合器维修仿真系统，耦合器维修仿真系统包括仿真建模模块、维修步骤创建模块、耦合器维修模拟模块以及步骤管理模块；仿真建模模块用于根据采集的耦合器设备数据进行三维建模，建立耦合器仿真模型；维修步骤创建模块根据耦合器拆卸流程创建耦合器仿真模型的VR维修演示方案；VR维修演示方案包括耦合器仿真模型的多个拆装步骤；耦合器维修模拟模块基于VR技术，构建耦合器仿真模型的维修流程，实现耦合器维修的人机交互；步骤管理模块用于管理VR维修演示方案中耦合器仿真模型的各拆装步骤，对各拆装步骤进行数据和时间的调整，耦合器维修模拟模块根据调整后的VR维修演示方案修改耦合器仿真模型的维修流程。

Description

一种基于VR技术的耦合器维修仿真系统

技术领域

本发明涉及设备仿真技术领域，具体而言，涉及一种基于VR技术的耦合器维修仿真系统。

背景技术

虚拟仿真又称为虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。虚拟现实(Virtual Reality)技术，简称VR，是20世纪80年代新崛起的一种综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境–虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界，甚至不存在的事物和环境，人投入到这种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互。随着相关技术领域的不断发展，仿真技术逐渐形成出运用于自身的自成体系，从以前的某个物理现象、设备和系统的简单模拟，发展为能运用其原理对不同系统组成的系统结构体系进行更高级的仿真，使相关用户在符合人们客观意识环境下，贴近物体相关运动力学定律的基础上，充分满足现代虚拟仿真技术的发展需要。

由于大型复杂设备的拆装顺序较为复杂，大型复杂设备拆卸时，存在大量相互制约的关系，采用传统的拆卸方法，易影响生产活动，耗时长，人员占用高，成本高，而利用三维虚拟仿真的方式，通过创建三维模型，建立拆装的相关步骤，获得拆装模型的约束条件，来模拟设备拆装的流程和步骤，不仅提高了拆装的效率，真实度有一定的保证，可以帮助设备相关维护人员尽快了解设备的零件和结构，大大降低了大型复杂设备维护检修成本。

在现有技术中，大多数通过3D Max等三维软件创建三维模型，制作拆装步骤，渲染三维动画，进行一定的视频编辑，由此进行模型仿真。但在此模型仿真过程中，拆装步骤的修改比较繁琐，由于其最终的表现形式为视频形式，故若想修改其中的一个或几个步骤，便有可能影响后续的一系列步骤的显示，需要三维人员重新设定相关的位置并且重新渲染，耗时长，工作量大，修改十分困难。

同时，一个大型设备往往配有大量的文字说明、相关图纸或是以往检修的视频等详细信息，若是都添加到视频中，则视频过长，影响观看拆装步骤，但若不加以说明，则会造成拆装视频信息内容不完整，造成无法将信息和具体零件对应等问题，故而会由于显示大量相关数据或是一些精确数据，造成体验不佳。

此外，在现有技术中，无法观察设备的具体零件或零件组的各个方面，由于在拆装时无法更改相机的位置和状态，使用者只能观察到被设定的特定角度的设备状态，无法实现360°详细观察某一具体的零件或是设备。并且，现有技术中的保存格式为视频，清晰度越高，视频存储数据越大，对于一些数据的原文件无法有效保存。

发明内容

本说明书提供一种基于VR技术的耦合器维修仿真系统，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。

根据本说明书实施例，提供了一种基于VR技术的耦合器维修仿真系统，所述耦合器维修仿真系统包括：

仿真建模模块，所述仿真建模模块用于根据采集的耦合器设备数据进行三维建模，建立耦合器仿真模型；

维修步骤创建模块，所述维修步骤创建模块根据耦合器的拆卸流程创建所述耦合器仿真模型的VR维修演示方案；所述VR维修演示方案包括耦合器仿真模型的多个拆装步骤；

耦合器维修模拟模块，所述耦合器维修模拟模块基于VR技术，并根据所述耦合器仿真模型以及所述VR维修演示方案构建耦合器仿真模型的维修流程，实现耦合器维修的人机交互；

以及步骤管理模块，所述步骤管理模块用于管理所述VR维修演示方案中耦合器仿真模型的各拆装步骤，对各拆装步骤进行数据和时间的调整，所述耦合器维修模拟模块根据调整后的所述VR维修演示方案修改耦合器仿真模型的维修流程。

可选的，所述步骤管理模块包括步骤创建单元、步骤顺序变更单元、步骤删除单元以及修改器；

所述步骤创建单元，用于创建所述VR维修演示方案中新的拆装步骤和/或子拆装步骤；

所述步骤顺序变更单元，用于实现所述VR维修演示方案中各平级拆装步骤间的顺序切换；

所述步骤删除单元，用于删除所述VR维修演示方案中的拆装步骤及其子拆装步骤；

所述修改器，所述VR维修演示方案中的各拆装步骤中均设置一个所述修改器，用于保存相应所述拆装步骤对所述耦合器仿真模型构件的修改。

进一步可选的，所述步骤管理模块还包括信息录入单元、信息存储单元；

所述信息录入单元，用于工作人员输入对所述VR维修演示方案中拆装步骤的修改信息，并通过所述步骤创建单元、步骤顺序变更单元、步骤删除单元进行修改；

所述信息存储单元，用于存储所述工作人员所输入的修改信息。

进一步可选的，所述修改器包括位移变换修改器和旋转变换修改器；

所述位移变换修改器，用于获取所述耦合器仿真模型相关构件修改后的位置信息；

所述旋转变换修改器，用于获取所述耦合器仿真模型相关构件修改后的旋转信息。

可选的，所述耦合器维修仿真系统还包括存储模块；所述存储模块用于存储所所述仿真建模模块所建立的耦合器仿真模型数据信息。

可选的，所述耦合器维修模拟模块基于VR技术建立包括3D动画、图文说明的仿真模拟系统，当工作人员进行虚拟观察及交互式的模拟操作时，所述仿真模拟系统将维修操作过程及交互结果通过仿真动画的形式可视化地呈现给工作人员。

进一步可选的，所述耦合器维修模拟模块为VR眼镜或VR一体机。

可选的，所述耦合器维修模拟模块包括模型浏览单元；

所述模型浏览单元，用于对导入的所述耦合器仿真模型进行平移、缩放和/或旋转，以检查浏览所述耦合器仿真模型的整体状况。

可选的，所述耦合器维修模拟模块包括模型选中单元、模型操作单元；

所述模型选中单元，用于选中所述耦合器仿真模型构件；

所述模型操作单元，用于实现对选中的所述耦合器仿真模型构件进行操作，并保存于所述步骤管理模块中相对应的拆装步骤数据中。

可选的，所述耦合器维修模拟模块还包括视角恢复单元；

所述视角恢复单元，用于将所观察的耦合器仿真模型恢复至最初的状态。

本说明书实施例的有益效果如下：

采用计算机三维数字化技术，将三维数字化的模型及所设置的拆装步骤导入VR设备中，将耦合器仿真模型场景进行1:1还原，真实模拟耦合器的实际拆装过程，用户可通过VR设备进行沉浸式体验，实现播放、暂停、构件点选的操作，如真实环境一般，对大型复杂设备近距离观测，并模拟操作，不仅节约了人力成本以及时间成本，还能加深员工的记忆，大大缩小了事故发生的几率，操作更安全可靠。

本耦合器维修仿真系统采用计算机三维数字化技术，具有逼真的3D互动虚拟实验，可实现3D动画演示，并可附加相关文字图片说明，3D模型构件可向任意方向拖拽、旋转和缩放，能够确保和3D场景互动的实时性，且所有设备零件都可以360度全方位观看，更具立体真实的效果。利用本系统可手动进行设备的仿真拆卸，了解其形状和功能，同时，可在步骤上存储大量的相关数据信息，包括文字、图片、视频等，方便相关工作人员进行数据查看，并在编辑和查看的过程中，能够更便于在不同的设备拆装数据间进行切换。同时，本耦合器维修仿真系统简化了步骤编辑过程，使得设备拆装的步骤能够方便的更改和保存，且不仅可减少渲染时间，简化步骤修改流程，还可尽量优化数据，减少相关数据量的大小，更便于保存和使用。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施例提供的基于VR技术的耦合器维修仿真系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本说明书实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本说明书实施例公开了一种基于VR技术的耦合器维修仿真系统。以下分别进行详细说明。

图1是示出了根据本说明实施例提供的一种基于VR技术的耦合器维修仿真系统。如图1所示，本耦合器维修仿真系统包括：仿真建模模块1、维修步骤创建模块2、耦合器维修模拟模块3、步骤管理模块4以及存储模块5。

其中，仿真建模模块1被配置为用于根据采集的耦合器设备数据进行三维建模，建立耦合器仿真模型。在一个具体的过程中，用户确定耦合器设备维修的相关需求，与建模师进行初步沟通，之后在设备检修时，建模师对设备进行必要的数据采集，通过仿真建模模块1进行设备的三维建模。建模完成后，经用户确认之后，完成仿真建模作业。之后，由用户进行步骤的创建和播放，因为步骤可由用户自行创建和修改，节省了大量沟通和渲染的时间。

在本说明书实施例中，存储模块5用于存储所仿真建模模块1所建立的耦合器仿真模型数据信息，利用存储模块5对仿真建模模块1所建立的耦合器仿真模型数据进行单独保存，保存最初始数据，防止模型数据的丢失造成不必要的麻烦。

维修步骤创建模块2用于根据耦合器的拆卸流程创建耦合器仿真模型的VR维修演示方案，其中，VR维修演示方案包括耦合器仿真模型的多个拆装步骤。此过程可由用户自行根据需求对设备的拆装步骤进行设置，每个步骤和操作(平移/旋转)都有对应的数据编辑对话框，由此在编辑和播放时均可对步骤的数据和时间进行精确调整，且本系统采用即改即得的方式，调整后的数据，可直接进入播放列表进行播放，无需其他渲染等待时间，大大节约了时间成本以及修改成本。

在本说明书实施例中，针对每个拆装步骤，本耦合器维修仿真系统配备了详细的步骤说明对话框，可以根据需要进行文字、图片和视频的编辑和保存，在需要了解这个步骤或是构件详细信息时，可通过点击步骤说明对话框查看详细数据，也可以及时地添加修改所展示的数据。

耦合器维修模拟模块3基于VR技术，并根据耦合器仿真模型以及VR维修演示方案构建耦合器仿真模型的维修流程，实现耦合器维修的人机交互。具体的，耦合器维修模拟模块3基于VR技术建立包括3D动画、图文说明的仿真模拟系统，当工作人员进行虚拟观察及交互式的模拟操作时，仿真模拟系统将维修操作过程及交互结果通过仿真动画的形式可视化地呈现给工作人员。

本说明书实施例耦合器维修仿真系统默认可对模型任意零部件进行旋转、平移、缩放等操作，可以近距离全方位观察零件的大小、形状及各个零件之间的相对空间关系，从而便于工作人员对设备及其零部件有整体细致的认识。本耦合器维修仿真系统提供操作模型的一些基本方法以及基本数据的存储。为实现上述目的，耦合器维修模拟模块3其包括模型浏览单元31、模型选中单元32、模型操作单元33以及视角恢复单元34。

具体的，模型浏览单元31用于对导入的耦合器仿真模型进行平移、缩放和/或旋转，以检查浏览耦合器仿真模型的整体状况。在具体实施过程中，可通过按住外接鼠标设备的中键控制耦合器仿真模型的平移，利用中键滚动控制模型的缩放，并利用右键控制模型的旋转。

模型选中单元32用于选中耦合器仿真模型构件，编辑模型数据的前提是选择相应需要编辑的模型构件，可提供两种方式进行模型选中，此两种方式为点选和框选，以分别用于精确选择模型构件、大批量选择模型构件。

在具体的实施例中，可通过按住计算机键盘的Ctrl键增加选中的模型构件，按住Alt键减少选中的模型构件。同时，将选中的模型构件进行边缘高亮处理，以用于区分选中构件与未被选中构件。

模型操作单元33用于实现对选中的耦合器仿真模型构件进行操作，并保存于步骤管理模块4中相对应的拆装步骤数据中。在具体的实施例中，模型选中后，被选中的模型除了出现高亮显示外，还会在相应位置处出现辅助操作轴，该辅助操作轴可设置三种状态，分别对应软件菜单栏中的平移、旋转、缩放功能。选中菜单栏中不同的按钮，即可切换至相应的辅助轴。从而借助辅助操作轴，可实现对模型构件的操作，帮助其进行设备的变换，并且方便保存到步骤数据中。

其中，可进行坐标系切换，对于选中的模型，可以选择世界坐标系或是模型本地坐标系，用以进行模型的精准操作。同时，可进行中心切换，对于选中的单个模型构件，本功能用处不大，但如果选定的是一组模型构件，则可以设置当前的操作是以模型构件组整体为中心，还是以模型构件组里每个构件各自的中心为中心。从而用于批量、规律性的控制模型构件组，更方便准确。

视角恢复单元34用于将所观察的耦合器仿真模型恢复至最初的状态，以防止工作人员在操作中不慎迷失方向，无法找到耦合器仿真模型物体。

在一个具体的实施例中，耦合器维修模拟模块3为VR眼镜或VR一体机，通过VR眼镜或VR一体机进行3D动画播放，并实现耦合器维修的人机交互。

步骤管理模块4用于管理VR维修演示方案中耦合器仿真模型的各拆装步骤，对各拆装步骤进行数据和时间的调整，耦合器维修模拟模块3根据调整后的VR维修演示方案修改耦合器仿真模型的维修流程。在一个具体实施过程中，可在软件中设置步骤栏，步骤栏可被收起，收起的步骤栏将在动画播放时显示根据当前拆装步骤所播放的耦合器仿真模型维修过程。

进一步的，步骤管理模块4包括步骤创建单元41、步骤顺序变更单元42、步骤删除单元43、修改器44以及信息录入单元45、信息存储单元46。

步骤创建单元41用于创建VR维修演示方案中新的拆装步骤和/或子拆装步骤。在具体实施过程中，点击步骤管理栏底部的步骤创建即可新建一个步骤，本系统默认将在当前选中的步骤下方添加新的步骤。可通过按住计算机键盘的Ctrl键同时新增步骤，并添加子步骤，此外，可通过按住Shift键在上方添加新步骤。

步骤顺序变更单元42用于实现VR维修演示方案中各平级拆装步骤间的顺序切换。在具体实施过程中，点击步骤管理栏底部的上移/下移按钮可实现拆装步骤平级间的顺序切换，点击上移按钮可以使选中步骤与前一个步骤交换顺序。

而步骤删除单元43用于删除VR维修演示方案中的拆装步骤及其子拆装步骤，在具体实施过程中，点击步骤管理栏底部的步骤删除即可删除一个拆装步骤及其子拆装步骤。

此外，VR维修演示方案中的各拆装步骤中均设置一个修改器44，用于保存相应拆装步骤对耦合器仿真模型构件的修改。修改器44包括位移变换修改器(图中未示出)和旋转变换修改器(图中未示出)，用于保存当前拆装步骤对于模型构件的修改。位移变换修改器用于获取耦合器仿真模型相关构件修改后的位置信息，旋转变换修改器用于获取耦合器仿真模型相关构件修改后的旋转信息，位移变换修改器与旋转变换修改器可和辅助操作轴配合使用，用于获取相关模型构件当前的位置、旋转信息。

由于本耦合器维修仿真系统对于步骤仅保存一些位置、旋转等基本信息，所以数据量大大减小，在耦合器维修仿真系统中不仅可查看各个步骤详细信息，还保留了原始数据格式和信息，便于进行数据的迁移和保存。

另外，信息录入单元45用于工作人员输入对VR维修演示方案中拆装步骤的修改信息，并通过步骤创建单元41、步骤顺序变更单元42、步骤删除单元43进行修改；信息存储单元46用于存储工作人员所输入的修改信息。

综上所述，本说明书公开一种基于VR技术的耦合器维修仿真系统，采用计算机三维数字化技术，将三维数字化的模型及所设置的拆装步骤导入VR设备中，将耦合器仿真模型场景进行1:1还原，真实模拟耦合器的实际拆装过程，用户可通过VR设备进行沉浸式体验，实现播放、暂停、构件点选的操作，如真实环境一般，对大型复杂设备近距离观测，并模拟操作，不仅节约了人力成本以及时间成本，还能加深员工的记忆，大大缩小了事故发生的几率，操作更安全可靠。

本耦合器维修仿真系统采用计算机三维数字化技术，具有逼真的3D互动虚拟实验，可实现3D动画演示，并可附加相关文字图片说明，3D模型构件可向任意方向拖拽、旋转和缩放，能够确保和3D场景互动的实时性，且所有设备零件都可以360度全方位观看，更具立体真实的效果。利用本系统可手动进行设备的仿真拆卸，了解其形状和功能，同时，可在步骤上存储大量的相关数据信息，包括文字、图片、视频等，方便相关工作人员进行数据查看，并在编辑和查看的过程中，能够更便于在不同的设备拆装数据间进行切换。同时，本耦合器维修仿真系统简化了步骤编辑过程，使得设备拆装的步骤能够方便的更改和保存，且不仅可减少渲染时间，简化步骤修改流程，还可尽量优化数据，减少相关数据量的大小，更便于保存和使用。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于VR技术的耦合器维修仿真系统，其特征在于，所述耦合器维修仿真系统包括：

仿真建模模块，所述仿真建模模块用于根据采集的耦合器设备数据进行三维建模，建立耦合器仿真模型；

维修步骤创建模块，所述维修步骤创建模块根据耦合器的拆卸流程创建所述耦合器仿真模型的VR维修演示方案；所述VR维修演示方案包括耦合器仿真模型的多个拆装步骤；

耦合器维修模拟模块，所述耦合器维修模拟模块基于VR技术，并根据所述耦合器仿真模型以及所述VR维修演示方案构建耦合器仿真模型的维修流程，实现耦合器维修的人机交互；

以及步骤管理模块，所述步骤管理模块用于管理所述VR维修演示方案中耦合器仿真模型的各拆装步骤，对各拆装步骤进行数据和时间的调整，所述耦合器维修模拟模块根据调整后的所述VR维修演示方案修改耦合器仿真模型的维修流程。

2.根据权利要求1所述的基于VR技术的耦合器维修仿真系统，其特征在于，所述步骤管理模块包括步骤创建单元、步骤顺序变更单元、步骤删除单元以及修改器；

所述步骤创建单元，用于创建所述VR维修演示方案中新的拆装步骤和/或子拆装步骤；

所述步骤顺序变更单元，用于实现所述VR维修演示方案中各平级拆装步骤间的顺序切换；

所述步骤删除单元，用于删除所述VR维修演示方案中的拆装步骤及其子拆装步骤；

所述修改器，所述VR维修演示方案中的各拆装步骤中均设置一个所述修改器，用于保存相应所述拆装步骤对所述耦合器仿真模型构件的修改。

3.根据权利要求2所述的基于VR技术的耦合器维修仿真系统，其特征在于，所述步骤管理模块还包括信息录入单元、信息存储单元；

所述信息录入单元，用于工作人员输入对所述VR维修演示方案中拆装步骤的修改信息，并通过所述步骤创建单元、步骤顺序变更单元、步骤删除单元进行修改；

所述信息存储单元，用于存储所述工作人员所输入的修改信息。

4.根据权利要求2所述的基于VR技术的耦合器维修仿真系统，其特征在于，所述修改器包括位移变换修改器和旋转变换修改器；

所述位移变换修改器，用于获取所述耦合器仿真模型相关构件修改后的位置信息；

所述旋转变换修改器，用于获取所述耦合器仿真模型相关构件修改后的旋转信息。

5.根据权利要求1所述的基于VR技术的耦合器维修仿真系统，其特征在于，所述耦合器维修仿真系统还包括存储模块；所述存储模块用于存储所所述仿真建模模块所建立的耦合器仿真模型数据信息。

6.根据权利要求1所述的基于VR技术的耦合器维修仿真系统，其特征在于，所述耦合器维修模拟模块基于VR技术建立包括3D动画、图文说明的仿真模拟系统，当工作人员进行虚拟观察及交互式的模拟操作时，所述仿真模拟系统将维修操作过程及交互结果通过仿真动画的形式可视化地呈现给工作人员。

7.根据权利要求6所述的基于VR技术的耦合器维修仿真系统，其特征在于，所述耦合器维修模拟模块为VR眼镜或VR一体机。

8.根据权利要求1所述的基于VR技术的耦合器维修仿真系统，其特征在于，所述耦合器维修模拟模块包括模型浏览单元；

所述模型浏览单元，用于对导入的所述耦合器仿真模型进行平移、缩放和/或旋转，以检查浏览所述耦合器仿真模型的整体状况。

9.根据权利要求1所述的基于VR技术的耦合器维修仿真系统，其特征在于，所述耦合器维修模拟模块包括模型选中单元、模型操作单元；

所述模型选中单元，用于选中所述耦合器仿真模型构件；

所述模型操作单元，用于实现对选中的所述耦合器仿真模型构件进行操作，并保存于所述步骤管理模块中相对应的拆装步骤数据中。

10.根据权利要求1所述的基于VR技术的耦合器维修仿真系统，其特征在于，所述耦合器维修模拟模块还包括视角恢复单元；

所述视角恢复单元，用于将所观察的耦合器仿真模型恢复至最初的状态。

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