环形输送线实验平台虚拟仿真系统开发开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

虚拟仿真技术是近年来大热的新兴技术,用计算机创建虚拟系统来模拟现实或是构想,用户可向系统中输入信息进行交互。如今虚拟仿真系统在现代教学中起到越来越重要的作用,该系统可以直观观察机械系统的模型结构和运动状态,采用网页交互形式可以在无实物状态下进行操作。相比较于传统实物,虚拟仿真系统节约了制造的人力物力时间成本,也不需要后续维护,可反复操作,便捷直观得到准确数据。在教学环节中,实验是学生理论知识和实践知识相结合的有机结合,但是存在场地的限制和设备数量、更新和维护问题,采用虚拟仿真系统就能很好的解决以上问题。简单实验可在仿真系统中进行,无需购买实物设备,需要动手实践时可提前系统中模拟操作,熟悉机械设备,减少实物操作时的出错率,提升实验效率和设备使用寿命。近些年来,虚拟现实技术不断发展,越来越多的应用到教学中,时间安排更加灵活,实验资金得到节约,实现各地教学资源共享。

虚拟仿真技术的实现主要依托于所选物体模型的建立以及模型和用户进行交互的两个方面。常用建模软件有inventor、solid works、pro e等,都能进行参数化模型设计和装配。实现交互的软件一般采用unity3d、unreal engine3等,他们自带的nvidia physx物理引擎可模仿机械结构的各种物理运动,unity3d自带的ugui可以设计直观且易于操作的用户界面,提供舒适的人机交互操作环境。

国内针对unity3d在教学方面的仿真建模有经历了十几年的发展。河北软件职业技术学院的郭海新[1]对unity3d与html网页交互的机理进行了研究,阐述了两者如何互相调用脚本函数并以此为依据设计了型材虚拟展示系统。而福州大学的陈坚翀[2]研究unity与flash的交互方法。陈育滨[3]等人以 unity3d 作为 web3d 的开发平台,研究产品的展示方式和实现技巧,使产品做到全方位的展示、色彩实时装配等,具有直观立体、真实互动的效果。杨浪[4]针对unity中的碰撞检测方法进行了研究。华中师范大学的朱柱[5]在前人研究基础上进一步利用unity设计了一款基于增强现实技术的虚拟实验平台,使得虚拟实验环境更加真实。此后,越来越多的学者利用unity平台开发教学用途。湖北工业大学李亚骅[6]等人利用unity3d的物理引擎实现对六轴机械手的工作现场及原理进行仿真,创建一套虚拟的实时交互的六轴机械手仿真系统。华北理工大学常金光[7]等人以机械设计基础课程为研究对象,利用三维建模、c#语言开发基于web的三维虚拟实验平台,实现对常用机构及轴系结构测绘、减速器拆装实验等的在线学习和动手操作。佛山职业技术学院的刘俊[8]等人开发了一套工业机器人虚拟现实教学仿真系统,方便用户对机器人进行轨迹编程和运动仿真。湖北工业大学的孙本固[9]等人设计了一套虚拟的柔性制造系统,系统可在虚拟的柔性制造环境下对生产中的输送、控制、运动、加工等过程进行实时仿真。东北大学的赵海滨[10]等人围绕机械臂控制系统进行仿真实验设计,通过运动学获取关节位置坐标动态显示机械臂运动过程。赵文[11]等人以人体工程学为基础,就仿人机械臂的构型作了深入分析。

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2. 研究的基本内容与方案

本次设计围绕环形输送带进行,该输送带有红外对射式、霍尔、颜色和应变力四个传感器,依次用来计数、运行速度测量、物体表面颜色识别以及标定称重。所以最终实验输出数据应当为所有物体计数、铁磁性物体计数、回转输送带运行速度以及目标物体计数。回转带中央放置有机械臂,用于拾取目标物体。用户交互的内容为:

(1)转动视角和选择放大倍率观察机械装置

(2)鼠标拖动滑动条调节输送带转速,转速精确到个位,输出时间-转速曲线

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3. 研究计划与安排

(2016.12.29-2017.1.6)

学生在系统中填写选题志愿、指导教师和学生双选。

毕业实习预备周(2017.1.9-2017.1.13)

老师确定指导人选,对未选好导师的学生进行分配,确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料。

第1-2周(2.22-3.4)

赴校外实习、搜集设计资料,并整理实习日记、实习报告。

第3周(3.6-3.10)

提交实习报告书。查阅参考文献,文献检索摘要。

第4周(3.13-3.20)

学生提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计摘要。

第5-6周(3.20-3.31)

进行外文翻译,并提交外文翻译译文。

第7-8周(4.3-4.14)

绘图,撰写毕业设计说明书(设计类)或论文(研究类)。

第9-11周(4.17-5.5)

撰写毕业设计说明书(设计类)或论文(研究类),绘图。

第12周(5.8-5.12)

完成绘图,并完成网上提交毕业设计说明书。

第13周(5.15-5.19)

学生书面提交毕业设计说明书、图纸或论文,并打印成册。并书面提交答辩申请,并作答辩准备。

第14周(5.22-5.26)

教师审阅毕业设计说明书(设计类)或论文(研究类)和(图纸),审查确定学生答辩资格并予以公示。

第15周(5.29-6.2)

毕业设计答辩。

4. 参考文献(12篇以上)

[1]郭海新,unity3d与html交互机理的研究,[a],煤炭技术,2011,30(9):228-229

[2]陈坚翀,unity3d与flash交互方法研究,[a],赤峰学院学报(自然科学版),2012.4,28(4):19-20

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