DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2021. 02. 001

陈和恩，何汉武，吴悦明. VR/AR与智能制造：应用领域、核心技术［J］ . 机电工程技术，2021，50（02）：1-4.

 

VR/AR与智能制造：应用领域、核心技术*

陈和恩1，何汉武1,2※，吴悦明1

（1.广东工业大学机电工程学院， 广州510006；

2．广东工贸职业技术学院， 广州510510）

 

摘要：VR/AR（虚拟现实/增强现实） 具有强大的数据可视化和交互性、沉浸性等特点，被誉为一种可以拓展人类感知能力、改变产品形态和服务模式的新兴技术。对制造而言，其改变了产品研发过程中的信息流；为制造过程提供可视化，辅助和扩展空间；有助于在开发过程的早期阶段发现并避免设计错误；减少了物理原型的数量，并为企业节省了时间和成本。在许多智能制造应用中，VR/AR被认为是改善和加速产品和工艺开发的有利工具。阐述了VR/AR在装配应用、维护和培训、产品测评、智能工厂布局、物流和仓储管理5个领域的研究和应用现状，分析了其核心技术和当前面临的挑战，最后给出未来的发展方向。

关键词：智能制造；VR/AR；核心技术；交互技术

中图分类号：F424；TP391     文献标志码：A

文章编号：1009－9492 ( 2021 ) 02－0001－04

广东省普通高校创新团队项目（编号：2018GKCXTD002）；

教育部科技发展中心高校产学研基金资助项目（编号：2018A01002）

 

引言

智能制造（Intelligent Manufacturing） 是制造技术、数字技术、智能技术及新一代信息技术的融合。数字技术是制造装备智能化、设计过程智能化、加工工艺优化、管理信息化和服务敏捷化、远程化的关键[1-2]。

为了使制造业变得越来越智能，新的智能制造系统需要无缝连接物理世界和数字世界。虚拟现实/增强现实，即VR （Virtual Reality） /AR （Augmented Reality），因为具有强大的数据可视化和交互性、沉浸性的特点而被誉为是一种可以拓展人类感知能力、改变产品形态和服务模式的新兴技术[3]。对制造业而言，其改变了产品研发过程中的信息流；为制造过程提供可视化、辅助和扩展空间；有助于在开发过程的早期阶段发现并避免设计错误；减少了物理原型的数量，并为企业节省了时间和成本。在许多智能制造应用中，VR/AR被认为是改善和加速产品和工艺开发的宝贵工具。

VR/AR作为新一代计算平台，支持人类对智能制造系统产生的大量数据进行实时的、与生产背景相关的可视化访问。虽然人工智能、数字化技术取得长足发展，但很长一段时间内人类仍将在制造操作中扮演着不可或缺的角色，VR/AR是实现以人为本的智能制造的核心技术。

虚拟现实技术具有“3I” 的基本特性：沉浸（Immersion）、交互（Interaction） 和想象（Imagination）。增强现实技术具有3个基本特征：虚实融合、实时交互以及三维注册。

VR/AR主要有可视化模块、传感器模块、跟踪模块、交互模块4个功能模块，具体如下。

（1） 可视化模块

增强现实的可视化模块显示虚实融合的内容。

（2） 传感器模块该

模块获取物理世界信息。摄像机是获取周围环境信息最多的传感器。三维体感交互技术飞速发展，飞行时间（time of flight, TOF） 和Lidar设备不断小型化和降低成本，使得这些传感器也逐渐成为VR/AR的应用配置。

（3） 跟踪模块

跟踪模块实现对VR/AR设备的空间姿态求解，以根据姿态叠加虚拟信息。

（4） 交互模块

交互模块除了传统的鼠标键盘交互方式，还有手势识别交互，有些体感交互设备能够将真实世界的人体运动映射到虚拟空间中，从而拓展了人机交互通道。

本文通过综述VR/AR 在装配应用、维护和培训、产品测评、智能工厂布局、物流和仓储管理5个领域的研究和应用现状，分析了其中的核心技术和当前面临的挑战，给出未来的发展方向。