賈甜

（中國直升機設計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

本文通過對虛擬現(xiàn)實技術的類別進行簡要介紹，以及對現(xiàn)有設備維修的情況進行分析，將虛擬現(xiàn)實技術引入設備維修中，對基于虛擬現(xiàn)實技術的設備智能維修的操作流程和體系架構進行分析與設計，實現(xiàn)對設備的遠程虛擬維修，實現(xiàn)操作者足不出戶對設備進行遠程維修的目的。

1 必要性研究

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality VR)技術通過對實際行為活動的仿真，對用戶的實時行為作出響應，并通過交互設備，使用戶與虛擬對象進行實時交互。維修是對產(chǎn)品使用過程中出現(xiàn)的問題進行分析處理，從而使產(chǎn)品保持良好的工作狀態(tài)所采取的措施。虛擬維修則是依托于虛擬現(xiàn)實技術，構建包含實際產(chǎn)品數(shù)字樣機與操作者三維仿真模型的虛擬場景，對整個人機交互維修過程進行仿真的綜合性技術。

VR技術的引入將為產(chǎn)品維修帶來一種新的思路，其主要優(yōu)勢有以下幾點：

（1）在產(chǎn)品設計之初就引入維修性問題，指導產(chǎn)品研發(fā)，貫穿產(chǎn)品的全生命周期。

（2）指導維修，對產(chǎn)品工作中可能出現(xiàn)的維修情況在虛擬環(huán)境下進行模擬仿真，選擇最優(yōu)維修方案，進而指導現(xiàn)實維修。

（3）在維修仿真中充分考查人機工效問題，從而實現(xiàn)人一機一環(huán)境相統(tǒng)一、相協(xié)調(diào)。

2 研究現(xiàn)狀

根據(jù)應用目標和人機交互方式的不同，可以把常見的各種類型的虛擬現(xiàn)實技術劃分為桌面虛擬現(xiàn)實、沉浸式虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實或混合虛擬現(xiàn)實、分布式虛擬現(xiàn)實等類別。

桌面虛擬現(xiàn)實主要應用于CDA設計、桌面游戲等，用戶真實體驗感較差；沉浸式虛擬現(xiàn)實常用于新品研發(fā)，具有良好的用戶體驗，可使用戶完全沉浸在虛擬世界中，但是由于成本較高，使用范圍受到限制；增強虛擬現(xiàn)實可使用戶同時感知虛擬場景和現(xiàn)實世界；分布式虛擬現(xiàn)實一般應用于復雜的桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，一般和沉浸式虛擬現(xiàn)實結合使用，也被應用于互聯(lián)網(wǎng)上的多人游戲等。目前虛擬現(xiàn)實維修主要集中在虛擬場景的維修培訓、維修模擬，并未將虛擬場景與現(xiàn)實場景結合，實現(xiàn)通過操作虛擬場景來維修現(xiàn)實的設備；其次，現(xiàn)有的遠程維修主要實現(xiàn)通過計算機控制，對機械手等裝置進行遠程控制，進行維修，并未與VR外設等進行結合。

3 研究內(nèi)容

本文主要提出將虛擬現(xiàn)實技術與設備遠程維修相結合的方式，設計出基于虛擬現(xiàn)實技術的設備智能維修的操作流程，通過對虛擬現(xiàn)實維修操作流程的分析以及對現(xiàn)有設備維修體系的研究，設計出基于虛擬現(xiàn)實技術的設備智能維修體系架構。從而實現(xiàn)用戶通過使用虛擬現(xiàn)實設備完成對設備的遠程智能維修的目的。

3.1 虛擬現(xiàn)實維修操作流程

本文主要提出將虛擬現(xiàn)實技術與設備遠程維修相結合的方式，通過對虛擬現(xiàn)實技術中沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)以及現(xiàn)有的遠程維修對于機器手臂的操作的結合，設計出基于虛擬現(xiàn)實技術的設備智能維修的操作流程，如圖1所示。

圖1 基于虛擬現(xiàn)實技術的設備智能維修操作流程圖

如圖1中所示，操作者通過佩戴傳感設備、位置追蹤器在交互界面進行操作，計算機對操作者的位置動作等信息進行實時跟蹤記錄，通過虛擬樣機建模、虛擬場景建模、虛擬人建模，與數(shù)據(jù)庫交互。計算機通過操作者行為信息進行人機交互，實現(xiàn)操作者在VR維修指導下，操作虛擬機械手臂以及虛擬機器人對維修場景進行模擬操作，同時系統(tǒng)通過對操作者所操作的虛擬機器人及機械手臂進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)對真實維修場景下的機器人及機械手臂的實時操作，實現(xiàn)虛擬遠程維修。

3.2 虛擬現(xiàn)實維修體系架構

通過對虛擬現(xiàn)實維修操作流程的分析以及對現(xiàn)有設備維修體系的研究，設計出基于虛擬現(xiàn)實技術的設備智能維修體系架構。如圖2所示。虛擬現(xiàn)實維修體系主要由四個模塊組成，分別為技術支持模塊、虛擬操作系統(tǒng)模塊、現(xiàn)實維修模塊以及維修監(jiān)控分析模塊。

技術支持模塊用于對虛擬操作系統(tǒng)提供技術支持，包括虛擬現(xiàn)實技術、增強現(xiàn)實技術、故障檢測技術等。

圖2 基于虛擬現(xiàn)實技術的設備智能維修體系架構圖

虛擬操作系統(tǒng)由三個層次組成，分別是支持層、虛擬操作層、界面層。支持層是對虛擬操作層的技術支持，包括VR外設（VR眼鏡、數(shù)據(jù)手套等）、位置追蹤器、網(wǎng)絡、傳感設備等。虛擬操作層主要是操作者對虛擬設備維修的虛擬操作。界面層人機交互的界面，用于顯示出各個操作模塊，例如故障分析模塊、維修工具模塊、檢測工具模塊、任務模塊等。

現(xiàn)實維修模塊是機器人以及機械手臂對維修現(xiàn)場的設備進行維修操作。維修監(jiān)控分析模塊是對虛擬操作系統(tǒng)以及現(xiàn)實維修模塊的實時監(jiān)控與分析，通過對維修異常監(jiān)控、維修進度監(jiān)控、維修狀態(tài)監(jiān)控實現(xiàn)對操作者以及對真實維修場景中的機器人以及機械手臂的監(jiān)控，同時，操作者以及機器人、機械手臂的實時信息也會反饋給監(jiān)控模塊，便于對操作者的維修進行調(diào)整。

在基于虛擬現(xiàn)實技術的設備智能維修體系架構中，技術支持模塊為虛擬操作系統(tǒng)模塊提供技術支持。虛擬操作模塊為現(xiàn)實維修模塊提供維修指導，并進行遠程控制，同時，現(xiàn)實維修模塊將維修的實時信息反饋給虛擬操作模塊。維修監(jiān)控分析模塊可對虛擬操作系統(tǒng)以及現(xiàn)實維修模塊的實時監(jiān)控與分析，同時，操作者以及機器人、機械手臂的實時信息也會反饋給監(jiān)控模塊，便于對操作者的維修進行調(diào)整。

4 結語

本文通過對虛擬現(xiàn)實技術的分類進行簡要介紹，以及現(xiàn)有設備維修的情況進行分析，將虛擬現(xiàn)實技術引入設備維修中，對基于虛擬現(xiàn)實技術的設備智能維修的操作流程和體系架構進行分析與設計，實現(xiàn)對設備的遠程虛擬維修，實現(xiàn)操作者足不出戶對設備進行遠程維修的目的。