基于虚拟现实的数控加工中心培训系统

 0.

 

引言

　　
    长期以来, 我国数控方面高深层次人才的匮乏和流失, 成为阻碍我国数控技术发展的最大

障碍。企业有资金引进高精密的数控设备, 却寻找不到能够维护和熟练操作的人员, 面对厚

重的用户手册无力消化吸收, 更谈不上技术的改造和创新。由此可见, 人才竞争是根本, 人才

战略是关键。数控技术的复杂性决定了引入高效、直观的培训机制是提高人才素质的有效途

径, 而此培训机制的关键是要开发一套适合学员的培训系统。随着利用 VRML 和 JAVA 开发

的虚拟现实技术和 USB 技术的日益成熟, 可以很好地解决了这个难题。这套技术结合计算

机图形学、图像处理学、模式识别、智能接口、人工智能、传感器、网络和并行处理等多学科的
虚拟现实技术使得人机交互方式有了质的突破。

    虚拟现实技术应用于数控加工中心的培训系统中, 就是通过计算机产生数控加工中心、被

加工工件的虚拟造型, 加入音响效果和运动仿真, 并配有控制面板,  学员根据虚拟环境提供

的视觉、听觉、触觉感受, 可以感受到与操作实际的数控加工中心一样的状态。与传统的数控

加工中心培训相比, 

“

” “

”

此系统摆脱了 试切 、 轨迹显示 等方法, 极大地提高了系统的主动性、

交互性和沉浸感等性能, 给学员逼真的感受, 改善了数控加工培训的教学效果, 并且大大降

低了开发成本。

    1.Java 和 VRML 通信实现机理

    Java 是 Sun 公司于 1995 年 5 月 23 日推出的, 当时并没有引起太多的注意。但是随着
Internet 的迅猛发展, 环球信息网 WWW 的快速增长, 促进了 Java 语言研究的进展, 使得它逐

渐成为 Internet 上受欢迎的开发与编程语言。Java 语言具有简单、面向对象、分布式、解释执

行、鲁棒、安全、体系结构中立、可移植、高性能、多线程以及动态性的特点, 正是这些特点为

开发人员开发强大的仿真系统提供了便利。

    VRML (Virtual Reality Modeling Language, 虚拟现实造型语言) 包含了 3D 动画、3D 音效、

传感器触发、时间输入输出、行为控制、支持多种脚本与多重使用者等功能, 真正在 Web 上实

现了动态页面,并加强了互动功能, 达到真正的虚拟效果。VRML 可以用在各行各业, 如创建

虚拟城市、虚拟校园、虚拟超市、虚拟公司等。VRML210 的基本元素是节点,节点是组成 3D

场景的基本元素, 大约定义了 50 多个节点, 利用它们可以简单、轻松地创建虚拟的三维空间。

    对 VRML 的访问是基于传统 C/S 模式扩展的 B /S 模式, B /S 采用 Internet 上广泛使用的
Web 浏览器作为客户前端, 操作界面友好、一致。B /S 的最大优势还在于其强大的跨平台移

植能力, 能够极大地降低异构系统的开发难度。目前, VRML 主流编程是基于 Java  

、JavaScrip 

t,  特别是 Java app let   小程序 可以与 VRML 世界嵌在同 一 WEB   页上。 EA I   ( External 
Au2thoring Interface) , 是一种介于 VRML 世界与外部环境的创作接口。通过 EA I 为 VRML 

与外部世界建立一个通信接口, 可以使用户通过这个接口真正成为 VRML 中的一个角色、一

个参与者。EA I 提供了一套针对 VRML 浏览器的 Java 类, 通过这些类, 外部环境可以访问当

前所运行的 VRML 世界, 还可以完成动态的添加、删除和驱动仿真实体等功能。
    2.培训系统的体系结构

    该培训系统是以韩国大宇 PUMA200、215 轴数控车削中心为具体仿真实例开发的。如图 1
所示为本文所述的虚拟数控车削中心加工仿真系统界面, 其中客户前端为 Web 浏览器, 浏览

器左侧为提供功能模块选择的视图区, 右侧为对应的场景区。

图 1 虚拟数控车削中心加工仿真系统界面

    数控加工中心培训系统硬件设备由多媒体计算机、投影设备、

USB 通讯接口、音

箱及电器小元件等构成。计算机最低配置为 Pentium   550, 

Ⅲ

内存为 128MB, 10 /100MB 以太

网卡, 可以满足动态三维图形较大的资源消耗。系统总体结构由操作仿真模块、视觉仿真模
块、音响仿真模块、运动仿真模块组成, 如图 2 所示。其中视景仿真模块是实现培训系统沉浸