為實現復雜機械設備三維設計與拆卸、裝配三維誘導的一體化，提出了基于三維CAD模型的復雜機械設備增強現實拆裝誘導框架，基于該框架提出了基于拆裝優先關系分層網絡模型的拆裝順序誘導方法，該方法在初始化階段自動生成樹狀拆裝優先關系分層網絡模型，在設備拆裝過程中根據操作者的拆裝操作在線規劃拆裝順序，智能輸送相關誘導信息。提出了基于透視投影原理的三維誘導場景生成與顯示方法，能夠根據拆裝方向和零部件包圍盒的尺寸，利用透視投影原理將虛擬誘導場景定位在世界坐標系中，使虛擬誘導場景以合適的視角顯示在屏幕的指定位置上，提高了三維信息顯示的直觀性。最后建立了原型系統，驗證了以上理論和方法的可行性。

　　引言

　　隨著技術的發展，現代大型復雜機械裝備(如各種發動機)的拆卸、裝配工藝日趨復雜，操作人員單純依靠自身經驗、技術和知識難以高效地完成復雜機械裝備的拆卸、維修和裝配。紙質和電子技術手冊當前被廣泛用于存儲、查詢拆裝維修工藝和技術信息，但使用過程中操作者需邊操作設備邊手動查看手冊，操作難度大且效率低，并且注意力需要在手冊和設備之間頻繁切換，易受周圍環境影響，從而造成拆裝維修差錯等問題，因此迫切需要一種新的方式，以主動向操作者輸送所需信息，誘導其完成當前的拆裝維修操作。

　　增強現實技術是在虛擬現實技術的基礎上發展起來的，它能夠將計算機生成的虛擬信息疊加顯示在真實場景上，使用戶看到一個虛實融合的環境。增強現實技術在機械設備拆裝維修誘導中具有廣泛的應用前景，引起了國內外的重視，已經開展的研究包括STARMATE(system　using　augmented　realityfor　maintenance，assembly，training　and　education)系統、芬蘭國家技術研究中心(簡稱VTT)系統、ARMAR(augmented　relity　for　maintenance　and　repair)系統和MOON(assembly　oriented　authoringaugmented　reality)系統等，空客軍用飛機公司已經將增強現實技術應用于A400M 軍用運輸機布線誘導中;Webel等也已將增強現實技術應用到產品裝配技能培訓中。近些年國內也開展了增強現實裝配相關的研究，如宋荊洲等將層次著色Petri網與圖靈機模型結合，提出了一種增強現實裝配環境系統模型，較好地滿足了增強現實裝配系統的動態實時響應要求;王峻峰等研究了增強現實環境下的產品裝配引導技術;趙敏等構建了一套裝配維修訓練的增強現實系統，在人機交互過程中采用靜態標志和動態標志相結合的方法，通過人手控制動態標志來觸發感興趣的內容，完成維修操作。但現有的基于增強現實技術的拆裝維修系統多是“以計算機為中心”的程序化引導系統，普適能力差，僅實現了虛擬信息和真實場景的增強現實疊加，尚未達到誘導的層次，如使用中操作者需要自己識別拆裝任務，并通過手動操作計算機設備或語音識別的方式從數據庫中搜索提前規劃好的信息，這樣不僅不適用于噪雜的環境，而且分散了操作者的注意力，普適性能差。當前三維計算機輔助設計(Computer　Aided　Design，CAD)軟件已在產品設計中得到推廣和應用，如果能夠利用增強現實技術將復雜機械設備的三維CAD模型應用于該設備的拆裝維修誘導和培訓中，實現三維設計與拆卸、裝配三維誘導的一體化，必將大幅度提高產品的附加值，在軍事裝備(如飛機、艦船、裝甲等)維修培訓和戰時搶修領域具有廣泛的應用前景。

　　鑒于此，本文使用增強現實技術，提出基于三維CAD模型的復雜機械設備增強現實拆裝誘導框架，通過無線射頻識別(Radio　Frequency　Identification，RFID)和位置跟蹤設備識別操作者的拆卸或裝配進程;根據產品的三維CAD裝配模型生成拆裝優先關系分層網絡模型，建立基于拆裝優先關系分層網絡模型的拆裝順序誘導方法，從而根據當前的拆裝進程、拆裝工藝和操作者的拆裝歷史在線向操作者推薦下一步將要拆裝的零部件，實現拆裝順序和拆裝工藝的智能輸送。提出基于透視投影原理的三維誘導場景生成與顯示方法，該方法根據拆裝方向和零部件的包圍盒尺寸，利用透視投影原理將虛擬誘導場景定位在世界坐標系中，從而將虛擬誘導場景以合適的視角顯示在屏幕的指定位置上。

1、復雜機械設備拆裝誘導系統框架

　　在合適的時刻自動、準確地輸送操作者急需的誘導信息，是實現“以人為中心”的拆裝誘導的關鍵之一，因此拆裝誘導信息的推送需要綜合考慮產品當前的拆裝進程、拆裝工藝和操作者的個體拆裝需求等，為此本文提出了如圖1所示的復雜機械設備拆裝誘導框架。

　　該系統的硬件包括戴在操作者眼睛前方的增強現實眼鏡、戴在操作者手部的RFID讀寫設備、手部位置跟蹤設備，以及貼在零件和拆裝工具上的RFID標簽。該誘導框架以產品三維CAD裝配模型為基礎，通過對CAD系統的二次開發將產品的CAD模型轉化為虛擬裝配模型，在誘導系統初始化階段加載虛擬裝配模型，生成樹狀拆裝優先關系分層網絡模型。通過RFID標簽讀寫設備和手部位置跟蹤器識別操作者正在進行的拆裝操作，并自動生成相應的拆裝誘導工藝;拆裝操作完成后更新產品的拆裝進程模型，以表達產品的當前拆裝狀態。系統可以根據產品的拆裝優先關系模型和當前的拆裝進程模型，在顯示屏幕指定區域上以三維圖形、動畫和文字的形式，向操作者提示下一步要拆裝的零件及其拆裝工藝等。

2、結束語

　　本文基于增強現實技術，研究了基于三維CAD模型的機械設備拆裝誘導系統，給出了誘導系統框架，提出了基于拆裝優先關系分層網絡模型的拆裝順序誘導方法和基于透視投影原理的三維誘導場景的生成與顯示方法，并通過原型系統驗證了其可行性。本研究提出的理論和方法不僅實現了機械產品三維CAD軟件設計與拆卸、裝配誘導的一體化，而且具有較好的普適性，因此在大型機械設備維修培訓、訓練和軍事裝備的搶修等領域具有廣泛的應用前景和應用價值。

　　本文設計的系統只是一個原型系統，距離實際應用尚有一定的距離，三維空間定位、零件識別、增強現實眼鏡的應用尚不成熟，人機交互性有待于進一步改進。未來可以采用一些硬件設備提高系統的人機交互性，如原型系統中手部位置跟蹤部分和增強現實跟蹤部分可以使用超聲波設備、GPS跟蹤設備等代替;增強現實眼鏡可以采用無線通信的方式與計算機通信;另外如果能夠將高精度位置跟蹤模塊和RFID模塊集成，設計一個具有物體識別和位置感知的無線模塊，則必將大幅度提高誘導系統的可操作性和手部位置跟蹤的穩定性，這些都是未來需要研究的方向。