基于虚拟现实的生产线仿真关键技术研究及其应用

摘要

随着计算机技术的不断进步，生产线开始朝柔性化、智能化的方向发展，这对生产线的仿真技术提出了新的要求。融合虚拟现实的生产线仿真技术因其相比于传统仿真方式具有更加生动的图形渲染环境、更加真实的生产动画和全新的人机交互方式，成为了智能制造研究与相关教育教学中的热点方向之一。 为此，对基于虚拟现实的生产线仿真系统进行了功能归纳和分析，着重解决了生产线仿真中的生产流程动态编辑和生产动作实现问题。利用虚拟现实引擎Unity3D，开发了一种基于有限状态机原理的仿真系统底层架构，提出了底层基类和接口的设计方法。该底层具有易于维护、动态性佳、扩展性强的优点。同时还提出了一种面向对象的生产线流程表达模型，建立了该模型到有限状态机的转化规则。最后利用底层方法，动态创建相关状态机，实现了对虚拟生产线的流程仿真。 另外，完成了一种虚拟工业控制仿真方法。将PLC与工业机器人程序作为虚拟生产线控制逻辑的载体。系统通过解读这些程序，完成生产线的流程控制和机器人动作。设计了工业机器人与PLC的编程指令解释器架构，实现了解释器中的词法分析器、语法分析器等各个关键模块。将上述成果嵌入到了仿真系统底层中，使各种功能可以互相交叉，灵活调用。 最后，以某高等院校教学示例生产线为原型，应用上述关键技术，完成了《智能制造单元虚拟仿真实验平台》的开发，并投入使用。并以电极加工过程为例，在该软件内对生产线流程仿真和工业机器人控制仿真等相关技术进行了实例验证。通过上述关键技术开发的生产线仿真软件代码复用率高，逻辑功能强大，动态特性好，图形沉浸感佳，为今后虚拟现实生产线仿真软件的开发提供了新的思路。

目录

声明

致谢

摘要

1．1课题背景

1．2研究意义

1．3基于虚拟现实的生产线仿真技术概述

1．3．1虚拟现实与生产线仿真技术

1．3．2基于有限状态机的系统底层开发技术

1．3．2虚拟工业控制仿真技术

1．4国内外研究现状

1．4．1虚拟生产线研究现状

1．4．2有限状态机相关技术研究现状

1．4．3虚拟工业控制研究现状

1．4．4研究现状总结与分析

1．5仿真系统整体方案设计

1．5．1开发平台选择

1．5．2系统框架与技术路线

1．6研究目标与预期成果

第二章基于有限状态机的仿真系统底层开发

2．1有限状态机基本原理与底层架构

2．1．1有限状态机基本原理

2．1．2底层架构设计

2．2状态机管理类设计

2．2．1状态类State设计

2．2．2状态机类FSM的设计

2．2．3静态类FSMManager设计

2．3对象管理类设计

2．3．1设备类接口Equipment设计

2．3．2数值类接口FSMVar设计

2．3．3静态类ObjectManager设计

2．4逻辑管理类设计

2．5本章小结

第三章生产线流程的表达与实现

3．1流程表达模型要素分析

3．2面向对象的流程表达模型

3．2．1流程表设计

3．2．2数值类变量表设计

3．3生产线流程的实现

3．3．1状态机的建立规则

3．3．2生产线运动实现

3．4本章小结

第四章虚拟工业控制仿真技术

4．1工业控制程序解释器架构

4．1．1相关程序指令介绍

4．1．2解释器架构设计

4．2词法分析器

4．3语法分析器

4．4执行器与虚拟生产线控制

4．4．1执行器原理

4．4．2对生产线控制的实现

4．5本章小结

第五章虚拟生产线仿真关键技术应用实例

5．1案例生产线构成与工艺流程

5．2案例生产线三维场景布局与流程仿真

5．3案例生产线虚拟工业控制仿真

5．4本章小结

6．1总结

6．2展望

参考文献