专利摘要

本发明公开了一种基于OpenGL的三维微零件在线微装配实时演示和碰撞检测系统，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，系统初始化模块，微零件A和微零件B手动姿态控制模块，微零件A和微零件B的位姿相对关系的精确显示模块。本发明可以实时反馈在线检测的微零件姿态，并可以360度全景、缩放观察微器件当前的装配状态，同时可以对零器件和机械手之间进行碰撞检测，防止零器件之间因为碰撞带来不可恢复的严重后果，具有广泛的应用前景和可观的社会经济效益。

权利要求

1.一种基于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)用于读入微零件A和微零件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，其中，所述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为打开或关闭第一控制主机和第二控制主机之间的通信端口；

所述微装配零件三维位姿显示模块(1)用于基于OpenGL渲染技术显示微零件A和微零件B的三维模型，所述微零件A和微零件B的三维模型是根据微零件A和微零件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，用于接收实际的微零件的图像信号并对其进行图像处理，得到微零件之间的相对位姿数据，进而得到控制微零件在XYZ方向上平移和旋转的控制数据，然后再通过通信协议将所述相对位姿数据和控制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和控制数据驱动所述系统中的虚拟微零件A和微零件B进行动作，使虚拟微零件A和微零件B与实际的微装配零件保持相对位姿一致，以实时地反映微零件A和微零件B之间的相对位姿关系，其中，所述相对位姿关系的参数包括微零件A和微零件B在XYZ方向上的平移自由度和旋转自由度；

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；

若所述第二控制主机根据所述相对位姿数据和控制数据判断出所述精确显示模块中的微零件A和微零件B会发生碰撞，第二控制主机就会立即向第一控制主机发出终止指令，所述第一控制主机根据所述终止指令迫使实际的微装配流程终止。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微装配零件三维位姿显示模块(1)还在显示场景中加入光照，使得场景的绘制更加真实。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信系统的建立采用TCP/IP传输控制协议，以实时地接收微零件A和微零件B真实的物理位姿状态和实时的通过第二控制主机向第一控制主机发送碰撞检测的状态。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述对微零件A和微零件B进行手动姿态的调整和控制包括对微零件三维模型的缩放，以及调整和控制微零件在XYZ三轴方向上的平移和旋转。

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-MechanicalSystems，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

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明的基于OpenGL的在线微装配实时演示和碰撞检测系统结构示意图，图中：1-微装配零件三维位姿显示模块；2-系统初始化模块；3-微零件A和微零件B的手动姿态控制模块；4-微零件A和微零件B的位姿相对关系的精确显示模块；5-微零件A；6-微零件B；如图1所示，所述基于OpenGL的微装配实时演示和碰撞检测系统包括：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，进而得到控制微器件在XYZ方向上平移和旋转的控制数据，然后再通过可靠的通信协议，比如TCP/IP传输控制协议将所述相对位姿数据和控制数据，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和控制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，为所述系统的虚拟显示提供平台；

所述微装配零件三维位姿显示模块1用于基于OpenGL显示微器件A和微器件B的三维模型；其中，所述微器件A和微器件B的三维模型均是根据微器件A和微器件B的实际物体尺寸，采用PROE三维画图软件进行绘制的，绘制出的模型再利用犀牛软件转换为VC软件可以进行渲染绘制的形式，在VC软件中采用OpenGL渲染技术，将微器件A和微器件B进行三维显示；同时，所述微装配零件三维位姿显示模块1还在显示场景中加入光照，使得场景的绘制更加真实；

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，比如打开或关闭第一控制主机和第二控制主机之间的通信端口，所述通信系统的建立采用TCP/IP传输控制协议，以实时地接收微器件A和微器件B真实的物理位姿状态和实时的通过第二控制主机向第一控制主机发送碰撞检测的状态；

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进行手动姿态调整和控制，所述调整和控制包括对微零件三维模型的缩放，以及调整和控制微零件在XYZ三轴方向上的平移和旋转；

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，给用户以直观的显示，所述相对位姿关系的参数包括微零件A和微零件B在XYZ方向上的平移自由度和旋转自由度；所述第一控制主机发送的控制微零件A和/或微零件B在XYZ方向上平移和旋转的控制数据传送至所述第二控制主机，第二控制主机判断出所述精确显示模块中的微零件A和微零件B会发生碰撞，第二控制主机就会立即向第一控制主机发出终止指令，所述第一控制主机根据所述终止指令迫使实际的微装配流程终止。

本发明采用OpenGL三维动画技术在VC软件系统中，实现了微装配过程中对装配零件的实时位姿状态的全方位在线显示；其还具有碰撞检测功能，可以直观的反映装配流程中微器件间的空间位姿关系。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种基于OpenGL的微装配实时演示和碰撞检测系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。