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虚拟环境中钳工职业技能实训的实现

来源:原创论文网 添加时间:2019-09-24

机车钳工技师论文精心整理8篇之第三篇:虚拟环境中钳工职业技能实训的实现

  摘要:本文主要论述将虚拟现实技术应用在钳工实训教学中的实现方法。利用手持式智能终端设备研发一款软件和一个与之配套的VR盒子,通过该装置构建虚拟实习环境,在虚拟环境中进行钳工职业技能训练。在该环境中,学生可身临其境般操作虚拟设备,操作结果可通过头戴式设备将身体的感受反馈给学生,来判断操作是否正确。这种实训既不消耗材料,也不受场地等外界条件限制,可重复操作,发现问题,通过多次训练,掌握正确的操作方法。这种VR实训装置的另一大优点还在于绝对的安全性,不会因操作失误而造成人身事故。

  关键词:虚拟现实技术; VR场景; 三维建模; 钳工实训;

  Abstract:

  This paper mainly discusses the application of virtual reality technology in the practical training teaching of fitter. A software developed with handheld intelligent terminal and a matching VR box build a virtual internship environment for fitter vocational skills training. In this environment students can be immersive operation of virtual equipment, and the results of the operation can be fed back with the body's feelings to the students through a headmounted equipment to determine whether the operation is correct. This kind of practical training neither consumes the material, nor is restricted by the external conditions such as the site. The operators can repeat the operation, find the existing problem, grasp the correct operation method. Another advantage of this VR training device is its absolute safety, that means it does not result in personal accidents due to operational errors.

  Keyword:

  virtual reality technology; VR scene; 3D modeling; pincers practical training;

机车钳工

  1 引言

  虚拟现实技术(Virtual Reality Technology,简称VR)是近些年来发展的一种高新技术,它包括实时三维计算机图形技术,广角(宽视野)立体显示技术,对观察者头、眼和手的跟踪技术,以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入/输出技术等。虚拟现实技术中的"虚拟"是指利用计算机模拟产生一个三维的虚拟场景,这个虚拟场景可以是根据实际存在的任何事物或环境构造的,也可以是由制设计者凭空想象出来的。人们可以通过传感辅助设备与构造的虚拟场景中的事物进行交互,使人们对虚拟场景产生一种身临其境的感觉。本文主要论述如何利用手持式智能终端设备研制开发一款软件和一个与之配套的VR盒子,通过这一装置构建一个虚拟的实训环境,在这个虚拟的环境中进行钳工职业技能实训。

  2 实现原理

  利用Cardboard SDK等相关软件构建一个虚拟的钳工实训环境。操作人员佩戴VR头盔显示器(由VR盒子与手持式智能终端设备组成),利用操控手柄(可制成一定的形状,如锯弓、板锉等)对虚拟环境下的虚拟工件模型进行锯、锉等操作,如进行圆棒锯割、平面锯割、薄管锯割、深缝锯割等项目练习。通过VR头盔显示器把虚拟手臂操作锯弓的形态和锯弓的运行轨迹显示出来,并通过操控手柄产生的力回馈反应当前的操作状态,以使操作者掌握起锯的方法,熟练掌握锯割速度、压力、往复长度等训练要点纠正锯割姿势与操作方法。

  3 实现方法

  3.1 VR场景的建立

  用Cardboard SDK来构建虚拟环境。Cardboard平台提供的开发工具Cardboard SDK插件是一款极具创意的产品,由手持式智能终端设备内部的传感器支持,它仅需硬纸板和两片透镜就能打造移动平台上的VR体验。用它构建可以实时采集头部的转动和操作手柄的动作,这样头部转动和手机转动同步,可以从不同角度观察虚拟锯弓或锉刀的运动状态。在Unity下,在头部(Main Camera)前面加上一个半透明的Plane组件,接收到的回传图像就是显示在这里。做成半透明,是为了不遮挡观察3D环境(如锯弓或锉刀的运动轨迹)。

  3.2 三维模型的建立

  在三维几何建模中,有多种建模软件可以使用,对于有精确尺寸要求的三维造型设计,通常使用AutoCAD、Pto/E、SolicWorks等CAD软件。由于AutoCAD具有建模精确接口转换灵活等优点,本文采用AutoCAD软件作为几何建模阶段的建模平台,建立模型。由于CAD模型不能直接用于虚拟维修训练系统,因此必须在已有CAD模型基础之上构建VR模型。将CAD模型文件格式转化到某种虚拟现实建模软件支持的中间交换格式,然后利用已有的虚拟现实建模软件对其进行重建,从而实现从三维CAD装配模型到VR模型间的转换。该方案不需进行软件的开发,而且不依赖于某种特点的CAD软件平台。

  3.3 虚拟操控

  用集成蓝牙BLE.通过蓝牙连接操作手柄上的动捕设备,使用手臂动作捕捉的硬件,来获取想要捕捉的动作,实现虚拟手臂和现实手臂的同步。手柄上还可以增设按键用以调用一些简单功能。把手机变成一个http服务器,需要提供两个访问端口(Port):一个端口接收控制指令,并回复客户端;另一个端口在收到客户端请求时回传一帧摄像头图像搭建手机和单片机之间的USB通信。

  4 结语

  随着我国素质教育的不断推广和深入,以学生为主体的教育模式成为了现代教育改革的必然趋势。在现代教育技术中,尤其是虚拟现实技术,可以有效地将视听功能和计算机主动交互功能进行有机的结合,使教学内容与客观事物的本身相接近,用具体、生动、形象的方式呈现给学生,给予学生最直观的感官体验。"钳工实训"是一门具有较强实践性的专业课程,传统的教学模式已经无法满足学生对知识的理解。随看现代信息技术的高速发展,教学技术和手段也变得多样化,为教学增添了更多的趣味性。虚拟现实技术集图形、文字、声音、动画、影视于一体,丰富了教学资源,使得知识信息的容量不断增大,内容也更加充实形象,使得原本枯燥泛味的"钳工实训"教学课堂,变得更加的生动活泼。并且现代教育技术有效地克服了传统教学中知识结构线性化的缺陷,使得知识的呈现方式变得更加的多样化,可以将教材的内容中所涉及的事物、现象和过程生动的、直观地呈现在课堂上,进而让学生在事物的再现、发展和变化中学习掌握抽象的理论知识,激发学生的学习主动性和积极性,加深学生对知识的理解。

  参考文献
  [1]黄静。虚拟现实技术及其实践教程[M].北京:机械工业出版社,2016.
  [2] 张永茂。 AutCAD机械绘图实用教程-计算机应用技术系列教材[M].北京:机械工业出版社,2005.
  [3] 王亚平。虚拟现实技术对机械臂的操控性研究[D].南昌:南昌航空大学,2017.

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