针对汽车后桥在生产培训和研发阶段拆卸繁琐、成本高的问题,以Microsoft Visual Studio和Unity3D为开发平台,结合HoloLens的人机交互和空间映射技术,建立了增强现实环境下的汽车后桥虚拟拆卸系统。该系统包括后桥零部件展示、后桥的自动拆卸和手动拆卸模块。系统测试表明该系统可以实现后桥虚拟模型在真实台架上的显示,能够通过自动和手动的方式快速实现汽车后桥的虚拟拆卸,系统具有良好的沉浸性和交互性,可以为设计、生产培训人员和工程应用提供有用的帮助。

针对增强现实(AR)装配技术中进行手动零件装配时,其零件配合环节装配位置不准确且操作复杂的问题,这里提出基于特征识别的AR装配配合方法简化装配过程,提高虚拟装配的效率。首先使用随机采样一致性(RANSAC)算法进行模型的平面与轴孔特征识别,然后将零件模型与其特征的对应向量导入到Unity3D物理引擎中对配合方法进行设计,最后将完成的装配系统在HoloLens AR眼镜中进行操作实验。实验表明,使用自动配合方法的AR装配系统在装配效率上比传统CAD装配效率更高,操作方式便捷且AR装配者操作沉浸感更好。

为了推动煤矿井下机器人数字化与智能化的教学与研究,提供一个灵活、安全、经济的实验与教学环境,设计了一套基于履带式液压支架机器人的数字孪生教学实验系统。该系统由物理系统、虚拟监控系统和数字孪生增强现实(AR)监控系统三部分组成,各系统之间通过WI-FI通信。构建了数字孪生教学实验平台,实现对履带式液压支架机器人的模拟和仿真。通过综合实验,可以加强学生对数字孪生以及虚拟现实(VR)、AR与机器人结合的认识,使学生了解相关技术和设计方法,培养学生的自主创新能力。

注册是AR系统成功的关键技术之一，最近提出的采用基本矩阵的注册算法，不需要辅助的定位器材，也不需要人工标志物，易于执行，适应范围广，但注册精度有待改进，通过Tsai算法引入了非线性相机模型，对原有图像进行畸变校正，然后用基于基本矩阵的注册算法采用校正后的特征点进行计算．从实验所获得的结果来看，这种方法可以获得较原注册算法更好的精度。

普适跟踪结合增强现实和普适计算的多传感器系统成为一个大规模复合跟踪网络，对各种异质源数据进行融合，有效综合利用多种跟踪技术，完成真实世界和虚拟世界的无缝结合和实时交互，是一个新的交叉研究领域。为克服增强现实跟踪平台的可重复利用性差的缺陷，研究普适跟踪中一个关键问题：一个开放式的可重用的系统框架的开发，由跟踪系统硬件抽象归纳出一个可重复利用的基于组件的数据流处理模型，模型对任意几何关系及任意时刻的测量都可以进行融合从而达到最优状态。系统框架，传感器的改变或增减不会对融合结果产生太大影响，复合跟踪系统的动态集成性提高。

为解决液压传动拆装实验教学存在的设备少,实验教学成本高等问题,借助虚拟现实和增强现实技术,基于Unity3D开发出一套液压拆装实验系统,实现了沉浸式结构展示、交互拆装和知识考核等功能,达到了实际液压拆装实验教学目的。基于Unity3D开发设计了PC端VR系统和手机APP端AR系统,不仅借助沉浸式技术提升了学生学习兴趣,节约了实验教学成本,还具有易用性和广泛推广性,并为高校新型实验教学模式提供了参考。

大型复杂设备的装配操作步骤多、工序复杂,复杂装配环境下的作业质量和效率在很大程度上决定了设备的最终质量、制造成本和周期。研究了基于增强现实实现大型复杂设备装配辅助系统的系统组成和复杂场景移动增强现实中的虚实注册技术,在实时交互下面向大型复杂真实设备进行装配指导、操作培训,实现了虚拟场景与真实场景的融合,从而更好地满足基于装配现场的实时操作引导需求。通过实现基于增强现实的某航空发动机设备装配典型场景,证明本系统可以有力地支持装配过程的操作和训练。

论述了机床数字建模和仿真技术的发展，分析了虚拟制造技术的特征，研究了虚拟机床在机床设计、制造和使用等不同阶段的应用和技术特点，介绍了基于刚体和柔性多体系统动力学的仿真方法以及基于机电耦合的硬件在环仿真，分析了虚拟现实和增强现实技术在虚拟机床中的应用并给出了应用实例，展望了虚拟机床在数字化工厂以及云制造平台中的应用。