虚拟维修训练中基于知识的操作响应机制研究与实现

论述了虚拟维修训练系统的意义，实现虚拟操作的方式和方法，并将人工智能技术和虚拟维修训练系统相结合，采用产生式规则表达知识，对虚拟维修训练系统的系统结构、知识库组织形式、规则形式都进行了详细论述，并在此基础上开发了虚拟维修环境中基于知识的开放式操作响应机制。     

装备虚拟操作训练的过程建模方法研究

针对装备虚拟操作训练系统中对过程建模的研究仅停留在针对具体仿真任务的应用技术层面,缺乏深入的建模理论研究的现象;首先分析了虚拟操作训练仿真目的和装备操作的特点,叙述了过程模型在虚拟操作训练中的重要性;然后提出了一种面向操作训练的过程建模方法及其实现方法,为虚拟操作训练系统过程建模提供了理论支撑;基于此过程建模方法开发的“某型防空高炮虚拟操作训练系统”验证了建模方法的可行性.     

基于互联网的远程测量虚拟操作环境的构建研究

该文对基于互联网的远程测量系统中虚拟操作环境的构建方法进行了研究。文中分析了远程测量系统中实现视觉临场感的几种方法，给出了采用预测／预演控制策略的一种远程测量系统中虚拟操作环境的组成结构和实现方法。在系统的本地端建立虚拟的操作环境，可以实时地为操作者提供视觉反馈信息，辅助操作者连续地操纵三坐标测量机进行路径规划，还可以动态显示测量结果和测量现场的图像。     

面向柔软样品的AFM纳米操作可视化系统

在对细胞、生物大分子等柔软样品进行纳米操作时,原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)面临缺乏实时视觉反馈的问题.为此,搭建了一套面向柔软样品的AFM纳米操作可视化系统.具体而言,首先建立了AFM形貌图像坐标系到虚拟场景坐标系之间的映射关系,从而得到虚拟场景中样品的顶点信息,进而通过3维图形引擎渲染样品的虚拟形貌.在此基础上,提出了一种基于接触力学理论的样品形变估计和仿真方法,对探针按压导致的样品形变进行了虚拟视觉反馈,从而使得刻画的虚拟形貌能够和样品的真实形貌保持一致,并准确地还原按压过程中样品表面的形貌变化.仿真和实验结果表明,所设计的纳米操作可视化系统能够在虚拟场景中实时呈现AFM纳米操作过程.     

直升机交互式桨叶振动调整仿真研究

为解决目前机务维修培训中存在的物理样机难以满足需求的问题,以实际机务维修工作中旋翼振动调整方法为参考,提出在虚拟维修训练系统的基础上实现受训人员对虚拟样机旋翼桨叶进行振动调整仿真操作,以期达到训练目的;根据非沉浸式虚拟维修训练系统的特点设计交互仿真操作逻辑,确定仿真操作步骤,分析座舱振动可视化表示方法,专用虚拟样机的构建方法以及虚拟仪器的实现方式和数据组织结构形式,并将该仿真实验以模块化形式添加到虚拟维修训练系统中,满足拆装条件下对虚拟样机的交互操作需求;最后以欧直松鼠直升机虚拟样机旋翼振动调整方法为例验证该操作仿真逻辑的可用性。     

一种基于VirtFS的共享文件空间技术

由于虚拟环境多次I/O操作模拟的存在,运行在宿主服务器中的各虚拟客户机之间使用传统代理进行文件访问效率不高。为此,提出了基于VirtFS的共享文件空间技术。构建了虚拟客户机共享文件空间的系统架构,设计了虚拟磁盘操作映射机制,使用VirtFS框架提供的系统层接口,在宿主服务器中的VirtFS服务端截取和映射文件操作,直接将虚拟机文件系统的操作映射为对宿主服务器文件系统的操作。为了保障安全,彻底隔离用户域,实现分组共享。实验结果表明,采用该方法比现有代理方法文件读写效率分别提高9.7和5.7倍。     

基于虚拟3D视觉和力觉交互的SEM遥纳操作系统

为增强纳米操作的交互性,本文结合虚拟现实技术,借助力觉反馈设备搭建了基于虚拟3D视觉反馈与虚拟力觉反馈的遥纳操作平台.为确保虚拟环境能够正确反映真实的纳米操作环境,对虚拟模型的碰撞检测和力觉渲染进行了详细设计;同时在力觉反馈设备和虚拟环境之间引入虚拟匹配环节保证力觉交互接口的稳定,增强主端控制模块的协调性.为实现准确的纳米操作,采用基于兴趣区域的图像特征方法提取探针深度信息,快速建立图像模糊度与探针到基底的距离的关系,实现对探针的闭环控制.最后,利用所述的系统平台以及操作方法,完成了单根ZnO纳米线的转移实验.     

航空发动机教学实验系统的虚拟装配技术研究

航空发动机虚拟教学实验系统的建设是将VR(Virtual Reality)技术与实验相结合的一次综合性的实验探索与尝试.该系统是将虚拟装配及拆卸、模化实验、模型流场的动态显示及发动机试车等综合仿真实验系统,重点论述了教学实验系统开发中的虚拟装配技术,在对虚拟装配的研究现状分析和总结的基础上,对航空发动机虚拟装配的关键技术和虚拟装配系统的实现方法进行了分析和研究,包括基于数据手套的虚拟手操作、实时碰撞检测、装配路径和装配顺序规划等问题.最后还展示了利用航空发动机三维可视化虚拟装配系统完成虚拟装配操作的实例,并分析了虚拟装配系统与传统装配相比较的优势和特点.     

基于VP的网络协同虚拟实验室的研究开发

该文简述了虚拟原型、虚拟实验室、计算机支持的协同操作。研究开发了一个基于虚拟原型支持协同工作的虚拟实验室系统———基于VP的电路协同虚拟实验室。该系统用Java语言实现,运行于Internet环境,采用先进的B/S结构。在系统开发中进行了三层软件结构的设计、应用服务器的设计、应用层协议设计、网络数据库开发、虚拟实验平台、虚拟元器件库设计。     

基于组播和操作意图冲突检测的协同实验

针对目前的虚拟实验系统无法解决多用户同步协同实验的问题,设计了协同实验通信架构,提出了实验操作一致性处理方法.协同实验通信架构采用IP组播来减少群组通信所需带宽,并利用组播地址分配算法和无效组播地址回收算法使得组播地址可以动态分配和循环使用;实验操作通过附加环境参数并且按照时间戳和优先级的顺序执行,保证了所有协同参与者处结果一致,利用操作意图冲突检测机制来消除操作意图冲突.通过在现有的数字逻辑虚拟实验系统中实现协同实验并进行实验,结果表明,采用文中方法可有效地解决虚拟实验系统中协同实验问题.     

虚拟机全系统回放技术研究

研究了虚拟化体系结构下全系统回放的方法,设计实现了基于半虚拟化设备模型的虚拟机回放系统VMRS(virtual machine based replay system)。通过在虚拟机管理器中记录虚拟机内发生的不确定性事件并在回放时模拟不确定性事件的发生,从而完整重现系统的执行流。实验表明系统具有良好的性能和可扩展性。     

ExActor模型及其在虚拟实验系统下的实现

在研究和总结Actor理论的基础上结合知识处理技术，提出虚拟环境系统下的ExActor对象模型。综合Actor模型和知识处理方法的优点，更好地表达r对象的行为及智能特性。该模型在虚拟实验系统中得到应用，实现了实验动画的仿真，实验结果验证了该模型的有效性。     

A framework for simulation-based engine-control unit inspection in manufacturing phase

This paper proposes a framework for electronic engine-control unit (ECU) inspection in manufacturing phase. Although various methodologies have been developed for the ECU verification at the development phase, the ECU verification in the manufacturing phase has rarely been brought into focus. ECUs in the manufacturing phase need the verification process in the unified way of the ECU software and hardware components by three major causes: 1) ECU software revision, 2) incomplete installation of software, and 3) quality variation of hardware. For the effective ECU verification in the manufacturing phase, we propose a simulation-based ECU testing methodology. The proposed framework configures virtual vehicle environment to simulate an ECU using a “virtual engine system (VES) model” that specifies the operations of every ECU function during a simulation. The proposed framework employs a reverse engineering approach to identify the operation state transition of an ECU function by reference vehicle states from vehicle experimental data. The main objective of this paper is to design a VES model-based inspection system that simulates an ECU without software modification in brief time for set-up and execution. The proposed framework has been implemented and successfully applied to a Korean automotive company.     

工序间存在零等待约束的复杂产品调度研究

针对实际装配生产中工序之间存在零等待约束的复杂产品的调度问题, 提出了一种把存在零等待约束的工序虚拟成一个工序的方法. 该方法在提出复杂产品、标准工序、虚拟工序、零等待和扩展加工工艺树的概念基础上, 对扩展加工工艺树中的标准工序采用拟关键路径法和最佳适应调度的车间调度算法进行调度, 对虚拟工序采用移动交换算法在相应设备上分离调度, 将存在零等待约束的调度问题转化为存在虚拟工序的无零等待约束的调度问题. 实例表明, 所提出的调度算法能够较好地解决具有实际意义的工序间存在零等待约束的复杂产品的调度问题, 且易于实现.     

大噪声环境下频率响应函数测量研究

在采用人工激励进行模态实验时,不可测的自然环境激励会引发过程噪声,降低频响函数估计的准确性。为此,提出了一种大噪声环境下提高振动结构频响函数测量精度的新方法。与现有方法的最大不同之处在于:设计了分别采用cos和sin线性扫频信号进行激励的模态实验,构造了"虚拟"的复数实验信号,避免了实数信号在分数阶傅里叶域内易产生信号成分混叠的不足,进一步提高了去噪效果。仿真和应用实例表明,新方法可显著改善信号品质,提高频响函数的估计测量精度。     

基于系统辨识的显微镜点扩散参数提取方法及应用

该文提出了基于系统辨识的显微镜点扩散参数提取方法 ;在此方法基础上设计并完成了标定试验 ,建立了显微镜点扩散参数和被观察物体Z坐标之间的映射关系 ;作为其应用 ,实现了一个具有显微图像效果的微操作拟实环境 ,当拟实环境中虚拟微操作工具Z坐标发生改变时 ,显微图像中虚拟微操作工具的像的模糊度随之发生变化 ;人眼观测表明 ,它与实际显微图像的微操作工具的模糊程度变化符合得很好 ;整个系统表现出高精度和很好的实时性 .     

Ergonomics of visual emergency signals

Visual distress signalling devices should be designed for safe and efficient use by untrained persons under adverse operating conditions. Thus, Ergonomics/Human Factors information should be used intensively to optimise visual emergency signals (VES). Research was performed to assess the compliance with Human Engineering principles in existing VES. A field survey was conducted, in which the VES were categorised, critical Ergonomics aspects were established and compiled to design recommendations. Laboratory tests were performed that indicated the effects of selected Human Engineering design features on identification, unpacking, and operation of VES. Finally, the research results were validated in realistically simulated emergencies. The research findings demonstrate that adherence to recommendations is often missing in present VES, but would greatly reduce the time needed (here: up to 80%) for the successful use of the signals.     

Predicting audio step feedback for real walking in virtual environments

When navigating in virtual environments by using real walking, the correct auditory step feedback is usually ignored, although this could give more information to the user about the ground he is walking on. One reason for this is time constraints that hinder a replay of a walking sound synchronous to the haptic step feedback when walking. In order to add a matching step feedback to virtual environments, this paper introduces a calibration‐free system, which can predict the occurrence time of a step‐down event based on an analysis of the user's gait. For detecting reliable characteristics of the gait, accelerometers and gyroscopes are used, which are mounted on the user's foot. Because the proposed system is capable of detecting the characteristic events in the foot's swing phase, it allows a prediction that gives enough time to replay sound synchronous to the haptic sensation of walking. In order to find the best prediction regarding prediction time and accuracy, data gathered in an experiment is analyzed regarding reliably occurring characteristics in the human gait. Based on this, a suitable prediction algorithm is proposed. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

微操作机器人系统拟实环境的建模与实现

建立微操作机器人的拟实环境结构, 应包括微操作环境的建模、微操作工具的建模及模型叠加三部分; 本文就微操作环境的建模与实现和微操作工具的建模与实现这两部分的关键技术: 图像传输、虚拟微操作器的生成、虚拟显微镜、虚拟成像过程及虚拟控制器给出了实现方案, 并在基于微机的硬件结构和VisualC ++及OpenGL组成的软件环境里, 得到了虚拟微操作环境和虚拟微操作工具的动态模型.     

On the stability and convergence of self-tuning control–virtual equivalent system approach

This article presents a unified understanding and judgement of the stability and convergence of a general self-tuning control (STC) system, which consists of arbitrary control strategy, arbitrary parameter estimation algorithm and a deterministic/stochastic linear time-invariant (LTI) plant. The necessary conditions required for the global stability and convergence of a general STC system are relaxed, i.e. the convergence of parameter estimates is removed for both deterministic and stochastic STC schemes. To reach this goal, ‘virtual equivalent system (VES)’ concept and methodology is adopted. With the help of VES, the original nonlinear dominant (nonlinear in structure) problem is converted to a linear dominant (linear in structure) problem. The results developed in this article show that STC systems are stable and convergent for the abundance of control strategies and parameter estimation algorithms, which will provide great flexibility in the applications of STC.