[发明专利]一种基于OpenGL的微装配实时演示和碰撞检测系统

说明书

技术领域

本发明属于微装配和三维动画结合的技术领域，尤其是一种能够对微装配过程中的微器件的位置和姿态进行实时显示和碰撞检测的系统。

背景技术

微装配是通过准确地抓取、定位、对准等操作将多个微零件组装成复杂微系统的技术，主要指对几十微米到毫米尺寸的零部件进行的装配作业，是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)研究的核心内容和热点课题，具有广泛的应用前景和重要意义。微装配技术可广泛应用于电子、航天、生物、半导体集成电路等领域，受到世界各国的普遍重视。

华中科技大学申请号为01252465.4的专利申请所设计的微装配机器人系统，由系统控制主机、微操作机械手、真空微夹、带有摄像头的显微镜构成，可对亚毫米级微粒物体进行自动和半自动操作和装配作业，其定位精度可达到1-5μm，三维空间的运动范围可达到50-150mm，具有一定的应用前景和社会经济效应。但是，该系统只能对亚毫米的微粒物体进行操作，无法完成微米级的精密零件复杂装配。

南京航空航天大学搭建的微细智能制造的微操作/微装配系统，由系统控制主机、微操作机械手、带有显微镜头的CCD的两路视觉系统构成，可以实现对微细智能制造的微操作/微装配系统中的微加工零件的操作与装配，具有一定的现实意义和重要的研究价值。但是该系统自由度少，操作空间小，两路视觉系统难以建立相互的位姿转换关系。另外，该系统没有集成数字样机系统和力位检测控制。因此，其通用性和自主性受到了限制。

总之，国内外虽然对微小零件的装配研究工作取得了一些进展，但是这些技术并未集成数字样机系统，不能对装配过程中零器件的位姿关系进行实时跟踪和显示，没有考虑到因为操作不当对机械手末端或是零器件损坏带来不可恢复的严重后果。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种能够全方位的展示狭小装配空间内零器件的装配状态的实时演示和碰撞检测系统。该系统能够实时在线的反映装配过程中零器件的位姿关系，可以防止因操作不当或者控制不当导致的零件间的相互碰撞，带来的零件的损坏。

为了实现上述目的，本发明提出的一种基于OpenGL的三维微零件在线微装配实时演示和碰撞检测系统，其特征在于，该系统包括：第一控制主机，第二控制主机，微装配零件三维位姿显示模块1，系统初始化模块2，微零件A和微零件B手动姿态控制模块3，微零件A和微零件B的位姿相对关系的精确显示模块4，其中：

所述系统初始化模块2用于读入微器件A和微器件B的三维模型数据、确定三维模型在所述系统中的初始位姿、以及控制第一控制主机和第二控制主机之间的通信系统的建立和断开；

所述微装配零件三维位姿显示模块1用于基于OpenGL渲染技术显示微器件A和微器件B的三维模型，所述微器件A和微器件B的三维模型是根据微器件A和微器件B的实际物体尺寸进行绘制的；

所述第一控制主机连接实际的微装配系统装置，用于接收实际的微器件的图像信号并对其进行图像处理，得到微器件之间的相对位姿数据，然后再通过通信协议将所述相对位姿数据传送到所述第二控制主机；

所述第二控制主机用于根据所述相对位姿数据驱动所述系统中的虚拟微器件A和微器件B进行动作，使虚拟微器件A和微器件B与实际的微装配零件保持相对位姿一致，以实时地反映微器件A和微器件B之间的相对位姿关系；

所述微零件A和微零件B手动姿态控制模块3用于根据用户期望的微零件A和微零件B的位姿关系对微零件A和微零件B进行手动姿态的调整和控制；

所述微零件A和微零件B位姿相对关系的精确显示模块4用于根据所述第二控制主机的驱动和/或所述微零件A和微零件B手动姿态控制模块3的调整和控制显示微零件A和微零件B之间的相对位姿关系。

本发明是一个将实际的微装配机器人和三维数字样机显示技术相结合的完整的、具有通用性和实用性的系统，可方便直观的反映装配过程中零器件的位姿关系，避免因操作不当引起的零件碰撞损坏。随着MEMS的快速发展，本发明的应用前景和社会经济效益是可观的。

本发明的有益效果是：1)基于实际的微装配系统，采用OpenGL三维动画技术实现了对装配器件的实时位姿显示；2)通过TCP/IP网络传输协议，实现了远程监测装配流程；3)实时的显示装配零件的位姿，可以实现对零件因操作不当引起的碰撞的监测。

附图说明

图1是本发明基于OpenGL的实时显示和碰撞检测系统结构示意图。

具体实施方式