基于虚拟现实技术的链条传动工作过程仿真实现

1 引言

    链传动是一种广泛应用的机械传动形式，被广泛应用于运输、起重、建筑和化工等多种机械的动力传动中。但是由于链传动系统属于挠性传动装置，对其进行精确的数学描述存在诸多困难，而且很多理论的研究结果与实际情况存在较大程度的差异。因此，依靠计算机进行仿真成为了链传动系统研究的一个重要方向。目前，在该领域的研究一般采用在三维建模软件(如Pro/ENGINEER)中进行链轮和链节的三维实体建模，之后再导入ADAMS软件进行仿真分析。但是这一过程造成了工作量大、装配复杂的问题，而且其中链轮和链节间约束的定义复杂，求解速度慢。而采用虚拟现实技术，则具有很好的展示能力。同时，如果把虚拟现实技术运用到其他设计中，则可以大大改善产品设计、装配过程、分析过程及工作过程演示，弥补传统设计手段的不足，帮助设计师和工艺师进行产品设计和制造，及时发现装配过程、加工制造过程中存在的问题，从而指导设计阶段的工作，缩短产品的开发周期、降低产品的成本、提高产品的设计质量、增强产品的创新性，从而提升关键设备的核心竞争力。Open Inventor是SGI推出的一种基于OpenGL的三维图形开发包，由于其具有功能强大的优点，被广泛应用于机械工程设计、仿真虚拟现实与科学数据可视化等领域，并得到多种语言和开发工具的支持，已形成为3D图形开发事实上的工业标准。由于Open Inventor所具有的这些特点，在实现链传动过程仿真中，采用基于Open Inventor的虚拟现实仿真。

2 技术实现

    2.1 Openlnventor引擎机制

    Open Inventor是建立在OpenGL之上的面向对象建模工具集，已经成为在Windows、Unix、Linux交叉平台上用CH和Java语言开发三维图形的标准。Open Inventor深层次的功能如引擎机制的应用可以方便地开发出虚拟工作工程，并使得该虚拟现实系统在普通的PC机上运行成为可能。

    通用引擎一般包括3个部分：输入域、输出域和计算表达式函数。输入域值和另一引擎的输出接口相连或由计算机时钟驱动。当输入发生变化时，引擎会自动调用计算表达式，Expression的作用是完成从输入到输出的复杂逻辑功能的实现，包括数学计算（Calculator Engine中的功能）、标量到矢量的转换等功能。引擎的输出接口一般和我们想要控制的运动节点的域值相连，或作为下一相连引擎的驱动。引擎中的计算功能和通知功能是分别实现的，即一旦输入变化，输出一定变化，因为此时调用了Expression功能，但是否传到与其相连的下一级输入域值是由另外的Notification机制控制，这一功能分离模式使得引擎的应用十分灵活和容易控制。一般引擎的功能原理图，如图1所示。