陳 洋 鐘相強(qiáng) 蘇厚仁

（安徽工程大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽蕪湖241000）

0 引言

虛擬裝配作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要組成部分，近年來得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，是近年來重要的研究方向之一。利用虛擬裝配技術(shù)，可以驗(yàn)證產(chǎn)品零部件之間的正確裝配關(guān)系及操作正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配和設(shè)計(jì)中的問題，修改模型，提高裝配質(zhì)量和有效解決難以用物理模型解決的技術(shù)問題等[1-2]。

文中介紹了Quest3D軟件、發(fā)動(dòng)機(jī)模型信息的轉(zhuǎn)換和基于Quest3D的發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝過程。通過裝配仿真，證明了該系統(tǒng)具有較理想的沉浸感和反應(yīng)速度，為產(chǎn)品的裝配提出了一種新的技術(shù)手段。

1 Quest3D簡介

Quest3D具有一套快速制作模組流程，利用Drag&Drop拖拉方式將互動(dòng)行為模組賦予在適當(dāng)?shù)慕巧蛭锛?，以流程圖方式?jīng)Q定模組執(zhí)行順序，不需要強(qiáng)大的程式語言基礎(chǔ)就可以做出滿意的成品和意想不到的效果。在Quest3D里，所有的編輯器都是可視化和圖形化的，真正所見即所得[3-4]。

Quest3D軟件打開的界面如圖1所示。

圖1 Quest3D界面

2 基于Quest3D發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝及發(fā)布

2.1 將collada（.dae）模型導(dǎo)入Quest3D并設(shè)置阻尼

通過在UG NX中完成發(fā)動(dòng)機(jī)所有零部件的裝配，接著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)模型格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。應(yīng)用Deep Exploration(DE)軟件來對(duì)NX建立的.prt模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而dae格式對(duì)于Quest3D軟件支持較好，所以最好選擇轉(zhuǎn)換成*.dae格式來進(jìn)行虛擬拆裝。

其次，將導(dǎo)出的dae模型放在一個(gè)文件夾內(nèi)，打開Quest3D軟件，然后將事先轉(zhuǎn)換好的發(fā)動(dòng)機(jī)dae文件全部導(dǎo)入，調(diào)整好模型的大小和位置。如果將發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)導(dǎo)入DE軟件，然后再逐個(gè)導(dǎo)出發(fā)動(dòng)機(jī)零件，這樣在導(dǎo)入Quest3D時(shí)默認(rèn)位置即是裝配狀態(tài)。

值得注意的是，導(dǎo)入的零件在Quest3D中信息并不是在一起的，如圖2所示，因此，需要將各個(gè)零件的信息復(fù)制到同一個(gè)StartGroup下，然后進(jìn)行編輯。

圖2 導(dǎo)入到Quest 3D中零件信息

2.2 設(shè)置阻尼——讓動(dòng)作慢一點(diǎn)

如果僅僅簡單的將模型導(dǎo)入后實(shí)現(xiàn)拆裝，其拆裝速度比較快，達(dá)不到所期待的效果，因此，需要設(shè)置阻尼。阻尼的力學(xué)模型一般是一個(gè)與振動(dòng)速度大小成正比，與振動(dòng)速度方向相反的力。阻尼能模擬空氣，水等流體對(duì)振動(dòng)的阻礙作用。在Quest3D中，Value，Vector與Matrix都有相對(duì)應(yīng)的阻尼可以使用。

將零件的位置矩陣信息中Value值刪除后，添加Inertia模塊，并賦予Value值。這樣就給一個(gè)零件設(shè)置阻尼，不過這個(gè)阻尼只對(duì)動(dòng)態(tài)的物體才有效果，對(duì)于靜態(tài)的物體沒有效果。其中Damping值可以更改，當(dāng)Damping值越小時(shí)，阻尼越大。

2.3 虛擬拆裝的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 通過鍵盤實(shí)現(xiàn)拆裝

用鍵盤實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝時(shí)，其實(shí)就是改變發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的位置矩陣信息。當(dāng)點(diǎn)擊某個(gè)鍵時(shí)，即外設(shè)觸發(fā)了程序，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)的把事先設(shè)置的Value值賦予給零部件的位置矩陣。這樣發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的位置信息就會(huì)改變，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)拆的過程。類似地，當(dāng)按動(dòng)另一個(gè)按鍵時(shí)，系統(tǒng)將原來零件的位置矩陣信息重新賦給發(fā)動(dòng)機(jī)零件。這樣就實(shí)現(xiàn)了零件的裝配過程。以此類推，可以依次給發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)零部件設(shè)置拆裝程序，就能實(shí)現(xiàn)鍵盤控制的發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝過程[5-6]。

因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)包含的零部件較多，而實(shí)現(xiàn)一鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)零部件的拆裝可能性不大，而且也很繁瑣。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的分析，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)零部件分為十個(gè)部分，從現(xiàn)實(shí)的角度出發(fā)，將每個(gè)部分分別放在不同的位置，便于裝配，用二十個(gè)鍵完成控制其拆裝。具體分配如下：

用Q鍵控制帶輪、帶輪螺絲、發(fā)電機(jī)骨架、發(fā)電機(jī)V帶、發(fā)電機(jī)總成的拆開，用A鍵控制其裝配；用W鍵控制空調(diào)總成、空調(diào)V帶、空調(diào)支架、起動(dòng)機(jī)、起動(dòng)機(jī)螺絲的拆開，用S鍵控制其裝配；用E鍵控制進(jìn)氣管、排氣管、配電器總成、上箱蓋、上箱蓋螺絲的拆開，用D鍵控制其裝配；用R鍵控制水泵、凸輪軸齒輪、凸輪軸墊片、凸輪軸鍵、張緊輪、正時(shí)皮帶的拆開，用F控制其裝配；用T鍵控制密封水套、上箱體螺釘、凸輪軸、凸輪軸卡環(huán)、缸蓋的拆開，用G鍵控制其裝配；用Y鍵控制機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、油標(biāo)尺、油管、油底殼的拆開，用H鍵控制其裝配；用U鍵控制活塞連桿的拆開，用J鍵控制其裝配；用I鍵控制飛輪螺絲、飛輪、機(jī)油封支架總成、曲柄軸齒輪、曲柄軸鍵的拆開，用K鍵控制其裝配；用P鍵控制曲柄軸卡套、曲柄軸成套、曲柄軸的拆開，用L鍵控制其裝配；用Z鍵控制汽缸套的拆開，X鍵控制其裝配。

2.3.2 通過GUI實(shí)現(xiàn)拆裝

為實(shí)現(xiàn)GUI控制模式，需要制作按鈕和下拉菜單。系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)按鈕，分別實(shí)現(xiàn)拆開和裝配功能。下拉菜單中的選項(xiàng)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的幾大部分來設(shè)置的，通過[GUIContainer]、[ComboBox]和兩個(gè)[GUI]Channel元件來實(shí)現(xiàn)。圖3展現(xiàn)出了GUI程序部分，圖4為最終拆裝效果圖。

圖3 GUI控制拆裝程序

圖4 拆裝效果圖

2.3.3 拆裝檔案發(fā)布

Quest3D提供了5種輸出格式，要注意輸出的路徑應(yīng)該是英文路徑，Quest3D無法識(shí)別中文路徑。

3 結(jié)論

解決了Quest3D軟件與CAD系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換問題，通過在Quest3D中建立虛擬拆裝場景，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行貼圖，添加燈光、相機(jī)、模型自發(fā)光等處理，然后進(jìn)行拆裝程序的開發(fā)，利用外設(shè)實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的拆裝過程，更直觀的發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在拆裝過程中存在的問題，取得了一定的沉浸感。

［1］鄭軼,寧汝新,劉檢華，等.虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2006,18(3)：649-654.

［2］Javaram S,connacher H,Lyons K.Virtualassembly using virtualreality techniques[J].Computer-Aided Design,1997,29(8)：575-584.

［3］路朝龍.Quest3D 從入門到精通[M].北京：中國鐵道出版社，2012：1-30.

［4］黃俊銘,艾伯特電通.Quest 3D黑皮書——從入門到精通[M].臺(tái)北：上奇資訊,2010：16-99.

［5］李磊磊.基于Quest3D虛擬裝配技術(shù)的研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué),2011.

［6］楊艷紅,鐘相強(qiáng),陳洋，等.基于Quest3D工業(yè)產(chǎn)品虛擬裝配研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2013（09）：97-100.