基于增强现实的智能装配技术研究文献综述

 2022-09-23 08:09

  1. 文献综述(或调研报告):
  2. 引言

随着计算机技术的快速发展,CAD/CAM/CAE技术在生产制造系统中得到了广泛应用,极大地提高了生产效率及生产质量。装配是指将若干零件按照合理、正确的工艺流程组装起来,成为最终成品,是生产过程中的最后一道工序。

虚拟装配是指通过计算机对产品装配过程和结果进行分析、仿真、评价,从而做出与产品装配相关的工程决策。虚拟装配系统包含两个组成部分,一部分为虚拟现实软件部分,另外一部分为虚拟现实外设设备。与传统的装配方式相比,虚拟装配技术缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。但虚拟装配技术同样存在两个缺点:一是虚拟装配对对后期实际装配过程中帮助不大;二.是由于需要构建完整的虚拟环境,比较依赖于外设,需要消耗大量的计算资源。

增强装配是指通过设备(PC机、PAD)将虚拟信息叠加至装配场景中,通过增强装配不仅可以避免虚拟装配环境的构建而且可以产生更加真实的感受。但早期的増强装配技术都是需要计算机或者工作站为计算平台,因此存在设备昂贵、携带不便等缺点。

随着智能移动终端的发展,在增强现实的基础上衍生了移动增强现实技术。移动增强现实技术是指在移动终端上(PAD、智能手机)实现增强现实的效果。前期的移动增强现实技术由于受限于移动端的运算能力,往往采用C/S(Client/Sever)架构,即移动端只是作为显示设备,具体数据运算则在服务器中进行,这种架构可以解决移动端计算能力不足的问题,但是携带不便。近年来,智能终端计算能力大大提升,而且有多种传感器的植入。

笔者主要通过IEEE(Institute of Electrical amp; Electronics Engineers)和CNKI中国期刊全文数据库,以“增强现实装配”为范围,进行模糊匹配检索,收集了二十年(1995-2018)相关文献资料进行综述。

  1. 增强现实技术

增强现实(Augmented,AR)是在虚拟现实技术的基础上发展而来,也称为“混合现实”、“ 扩増实景”[36]。增强现实技术是一种利用计算机系统产生的三维信息来增加用户对现实世界感知的技术。与传统虚拟现实技术所要达到的完全沉浸的效果不同,增强现实技术致力于将计算机生成的虚拟场景叠加到真实场景中,创造一个虚实结合的世界,从而实现对现实信息的“增强”。

20世纪90年代初期,波音公司Tom Caudell和他的同事在一个辅助布线系统中提出了“增强现实”这个名词。Ivan Sutherland[1]在1968年创建了第一个增强现实系统,它使用一个光学透视头盎显示器,然后通过两个6自由度的追踪器进行跟踪注册,当时该系统只能实时叠加非常简单的线框模型。

显示技术方面,Microvision公司研发了名为Nomad的显示系统[2],该系统直接将虚拟图像直接投射到视网膜,此方法不仅可以提高输入光线的强度而且可以在一定程度上减小显示设备的体积,但是运行速度受限因此只可以叠加文字和线框等简单二维信息。2010年BAE SYSTEMS公司的Q-Sight显示器已经运用到了英国皇家海军,Q-Sight显示器体积比较小可以夹持在头盗上采用了全息技术,同时具有昼夜"平视"能力。北京理工大学程德文、王涌天[3]等通过采用自由曲面梭镜(FFS)等光学元件对HMD光学系统进行改进,在原有的基础上使得HMD光学系统达到更为理想的设计结果,使其结构更加紧凑,体积大大减小。赵守伟[4]等在光学系统中使用衍射面与高次非球面设计,实现光学系统轻量化。广东工业大学任超宏、何汉武[5] 等通过基于虚拟相机的立体图像对生成算法得到的虚拟模型进行立体显示,设计了一款巧目可调头盎显示器,显示器上的2摄像头可以左右转动15°。

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