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【关键词】自动分级；机器视觉；支持向量机
一、概述
烤烟是卷烟工业的原料，其烟叶质量的好坏直接关系到烟草制品的工艺配方和生产质量。烤烟烟叶分级方法是目前评判烟叶质量的主要手段，其分级判断的依据主要是烟叶的外观特征，如颜色、长度、厚度、油分、成熟度，残损等。目前国内外烟草行业对烟叶的分级和检验都是依据分级标准，以人工操作为主，凭借标准样本依靠人的感官进行的。这种传统的人工检验方法容易受人的因素影响，评级定价难以做到公平、公正。而且在我国，每年烟叶收购前，全国各地都会举办培训班，培训分级人员，并准备大量的样本发往各地，这样必然造成人力、物力和财力的巨大消耗。机器视觉技术的发展和国家烟叶等级标准的定量化促进了烟叶分级自动化和智能化的应用与发展，各种图像处理算法和模式识别方法也被应用于烟叶的自动分级中，如2003年，张惠民等人根据提取的烟叶特征参数，建立并优化了烤烟烟叶分级系统的数学模型，构造了符合烤烟烟叶等级空间分布的高斯隶属函数，采用模糊推理机制原理来实现烟叶分级。2011年，张乐明、刘剑君等以红外光谱作为烟叶的特征，采用概率神经网络对11个等级的烟叶进行分组和分级。
二、支持向量机基本原理
支持向量机（Support Vector Machine）简称SVM，是由Vapnik于1995年一种新的机器学习技术。支持向量机方法是建立在统计学习理论的VC维理论和结构风险最小化原理基础上的，根据有限的样本信息在模型的复杂性（即对特定训练样本的学习精度）和学习能力（即无错误的识别任意样本的能力）之间寻求最佳折中，以期获得最好的推广能力。
1．最优分类面。SVM方法是从线性可分情况下的最优分类面提出的。首先考虑二维两类线性可分的情况，如图1所示，图中实心点和空心点分别表示两类训练样本，H为把两类没有错误地分开的分类线，H1、H2分别为各类样本中离分类线最近的点且平行于分类线的直线。所谓最优分类线就是要求分类线不但能将两类无错误地分开，而且要使两类的分类间隔最大。
三、实验结果及分析
本文首先利用利用图像采集装置得到烟叶的原始图像作为样本并对烟叶图像进行了图像预处理。然后根据烟叶的颜色、外形、纹理特征建立了烟叶分级的支持向量机识别模型；最后利用部分样本进行检验。实验中样本得到了较高的识别率。实验结果说明了SVM分类器算法能够较好地完成样品集的分类，它是在基于结构风险最小化理论之上构建最优分割超平面，使得分类器能够得到全局最优化，并且在整个样本空间的期望风险以某个概率满足一定上界，在实际应用中有较好的优势。
四、结论
支持向量机是是在统计学习理论基础上发展起来的一种新型的机器学习方法。作为一种尚未成熟的技术，支持向量机尽管在核函数的参数的构造和选择上缺乏相应的理论指导，但是由于它在解决小样本学习问题中的优势，使其成为机器学习领域的研究热点，并且被广泛地应用于各行各业。本文将支持向量机的方法运用于烟叶的自动分级系统。取得了较好的分类效果。
参 考 文 献
[1]阎瑞琼，韩立群，陈晋东．计算机技术在烟叶检测与分级领域的应用[J]．烟草科技．2001，154（3）：13～15
[2]张惠民，韩立群，段正刚．基于图像特征的烟叶分级[J]．武汉大学学报．2003（3）
[3]张乐明，申金媛，刘剑君，刘润杰．概率神经网络在烟叶自动分级中的应用[J]．农机化研究．2011（12）
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恶劣环境中营救任务的设计
任何救生设备的主要目的在于，在灾难之后的营救任务中快速阻止尽可能多的严重伤亡事故。谨记这一目标，我们开始开发了一个用于支持营救工作的六足机器人蜘蛛。它是一个尺寸较小、可移动的智能机器人，在搜寻被陷的受害者时，它可以越过障碍并到达通常难以触及的地方。替代如清扫雷区使之无雷化等危险任务中的工作人员也是机器人蜘蛛的另一个潜在应用领域。
我们设计了一个高度可移动的行走方案，它由六只独立的下肢组成，可以任意方向移动机器人，即使在机器人移动通常不可行或过于危险的地带。行走与旋转均属于模仿六足昆虫而得到的基本的高层次运动模式。通过三条下肢移动而另外三条下肢抬高，机器人可以达到期望的行走速度，并提供恶劣地带所需的足够平衡。爬行时，机器人可以挤压通过紧凑的空间和狭缝。单下肢的低层次运动步态是3D空间内的几何原语，如长方形或圆形轨道。
多功能机电系统
下肢结构与运动控制构成了机器人蜘蛛关键特性的一部分。24只智能DC有刷电机共同驱动这些下肢，并充当行走结构中不可或缺的关节。这样得到了一个坚固的轻型结构，从而降低了功耗并改善了运动动态特性。
除了这些下肢，机器人蜘蛛的特性还在于典型的自治机器人子系统，其中包括机器视觉、远程测量和无线通信。机器人坚固的壳体内包含有嵌入式硬件、两节7.2V的锂聚合物电池和电量测量装置。任务参数、I/O设置和新的运动步态均可以通过无线通信或可移动存储介质传递。
24个自由度的智能运动控制
机器人蜘蛛的低层次运动有赖于运行时计算的复杂数学模型。凭借ADI公司的Blackfin处理器的高级嵌入式计算能力和施密德工程公司的确定性实时服务，机器人的运动表现的有力而平稳。轨线向量根据高层次的运动模式，沿着计算所得的直线、长方形或圆形轨道移动。
轨道可以通过以下三种方式编程实现：
・通过学习和回放，设计和培训新的或特别的模式。
・支持可视化检验仿真轨道的3D CAD软件。这些模型作为虚拟现实文件导出，并导入至LabVIEW的图像控件。通过比较虚拟模型与实际模型，调节机器人的运动。
・运行时利用逆动力学算法持续计算轨道。
所有六足的关节角度的计算都是并行完成以确保动态运动，相应地也得到了所有电动机的24个连续计算所得的设置点。这些设置点通过一个串行RS485网络传递至每只电动机，并由分散PD控制器转换为实际执行动作。通过同样的网络，完成所有24只执行装置的位置、反馈和温度读数的采集。
智能视觉与距离感测
除了智能运动与自由移动外，机器人蜘蛛的特色在于它的“眼睛”装有一个智能摄像头和一个距离测量传感器。目标通过高性能图像处理算法被定位与跟踪。通过编程控制，它的“眼睛”还可以识别其附近范围内的任何颜色。后续版本将提供改进的图像处理、模式匹配和边缘检测等功能，从而将Blackfin处理器的计算能力和高速图像采集提升到更高层次。利用蓝牙技术实现无线通信
为实现与机器人的通信，我们提供了一个蓝牙通信接口以实现多项功能，其中包括：
・在开发与测试中调试用于ZMobile的快速调试模式的通道。
・读入关键参数，如电动机状态和电池电量水平，以供系统诊断。
・在线采集重要的算法参数，以供调节使用。
・在操作开始前下载新的任务数据。
在开发过程中，两个机器人蜘蛛通过无线通信信道相连，以实现其移动的同步。这是更为危急场景的原型构造，这时接受同一项任务的多个机器人蜘蛛需要团队协作以完成任务。
实时图形化嵌入式软件
机器人蜘蛛应用软件是利用面向Blackfin处理器的LabVIEW嵌入式模块编程实现，后又通过来自施密德工程公司的面向NI LabVIEW的ZBrain BSP进行扩展。这为高层次编程、图形化调试、图形化多任务处理和确定性的实时行为，提供了一个理想的嵌入式软件平台。面向对象的设计模式有助于进一步控制图形化层次上的复杂度。例如电动机或传感器等主要对象，通过LabVIEW中表示类的功能性全局变量加以抽象。
主要的应用框架由以下多个任务组成：
・顶层主循环对由一个经典状态机表示的动作进行规划，而状态机通过软件队列和同步方法(如信号量)与其他循环连接。通信任务保持一个与外部世界的无线数据连接。
・视觉任务负责低层次的图像处理和距离读数。
・运动控制任务管理高层次的运动模式与低层次的肢体控制，并监测电动机的位置与状态。
・日常任务充当一个通用错误处理器。检测事件与异常，并将其及时间记录到可移动的存储介质，以供后续读取。ZMobile充当看门狗的角色――利用程序设定的唤醒机制重启和关机，并为不能成功自我纠错时提供重新启动的有效措施。
这些循环在协作式多任务环境中以线程的方式同时运行。驱动程序层次上的毫秒级上下文切换和微秒级实时确定性，确保了平稳、无故障的移动。最后，严格的并行方式要求板卡支持软件包满足每一个软件组件和设备驱动程序的线程安全性。
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【关键词】虚拟现实 数字媒体 艺术设计
虚拟现实，英文名为Virtual Reality，简称VR技术，也称灵境技术或人工环境。VR技术领域几乎是所有发达国家都在大力研究的前沿领域，它的发展速度非常迅速。作为一项尖端科技，虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统。这种技术的特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉。
一、虚拟现实课程简介
随着国内宽带网络的普及和多媒体技术的发展，虚拟现实技术逐渐应用于信息多媒体展示方面。而三维网络展示系统将是虚拟现实技术未来发展的重要方向之一，因此全国各高校相继开设数字媒体艺术设计专业，其中的虚拟现实技术的课程成为国内外教育技术学及媒体传播领域的研究热点和发展趋势之一，它集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、多传感器、网络等技术的最新成果，以其沉浸性、交互性和构想性等无可比拟的优点。虚拟现实技术在各行各业得到了广泛的应用和重视，比如在教育培训、城市规划、文物保护、游戏娱乐等领域取得了巨大的发展，市场前景广阔；同时国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划和863计划等都已将虚拟现实技术列入了研究项目。
虚拟现实课程是以往多个计算机辅助设计软件的一个综合运用，课程主要涉及到多个软件与课程的结合，软件包含有Photoshop、AutoCad、3dsmax、Virtools 等，涉及课程有建筑制图、建筑场景漫游、景观绿地设计等专业范围。课程主要运用虚拟现实技术完成一个三维场景的漫游浏览系统， 使其能够流畅，完整的再现一个实际的环境或建筑。其中主要运用virtools 这个软件来实现交互浏览的制作， 这一步骤是整个系统实现人机交互的核心， 最后完成系统的制作并。
二、虚拟现实在国内高校的研究现状
国内在VR方面有较多研究成果的其他单位有国防科技大学、天津大学、北京理工大学、中国科学院自动化研究所、西北大学、山东大学、大连海事大学和香港中文大学等。
北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究的机构之一，他们首先进行了一些基础知识方面的研究，并着重研究了虚拟世界中物体物理特性的表示与处理，在VR中的视觉接口方面开发出了部分硬件，并提出了有关算法及实现方法。他们还实现了分布式虚拟世界网络设计，建立了网上VR研究论坛，可以提供实时三维动态数据库，提供VR演示世界，提供用行员训练的VR系统，提供开发VR系统的开发平台，并将要实现与有关单位的远程连接。
清华大学计算机科学和技术系对VR和临场感的方面进行了研究，他们还针对室内环境中水平特征丰富的特点，提出借助图像变换，使立体视觉图像中对应水平特征呈现形状一致性，以利于实现特征匹配，并获取物体三维结构的新颖算法。
西安交通大学信息工程研究所对VR中的关键技术——立体显示技术——进行了研究。他们在分析人类视觉特性的基础上提出了一种基于JPEG标准压缩编码的新方案，并获得了较高的压缩比、信噪比以及解压速度，并且已经通过实验结果证明了这种方案的优越性。
2004年南京大学成立了南京大学虚拟现实与数字媒体研究中心，对VR技术及应用进行研究，并把重点放在虚拟体育仿真、数字文化遗产保护和自然人机交互等方面。
三、虚拟现实课程开设的重要性
虚拟现实技术是利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，并通过传感设备与之交互的新技术。作为一门新兴的学科，它已经被众多高校纳入计算机科学与技术专业的选修课范畴，但是却没有在数字媒体技术专业中普遍开设。其实无论从技术特点，还是从社会需求来讲，虚拟现实技术都与数字媒体技术有着非常密切的关系，具体体现在如下几个方面。
1） 虚拟现实是一门典型的交叉学科，它所涵盖的知识结构与数字媒体技术具有非常大相似性，例如计算机图形学、数字图像处理、计算机视觉、视音频技术等。除此之外，它还涉及了仿真技术、人工智能技术、计算机网络技术、多传感器技术等内容。虚拟现实强调这些技术的综合应用。
2） 虚拟现实强调技术创新性和应用创新性。从技术上来讲，虚拟现实在不同学科的交叉融合中，能够不断产生新思想和新方法，例如近几年出现的各种人机交互新方法，各种立体显示新技术等；从应用上来讲，虚拟现实具有强烈的“身临其境”的沉浸感和发人想象的刺激性。因此，利用虚拟现实技术，学生们能够将自己的任何创意和想象进行实践，在虚拟场景中进行规划、设计和测试，从而激发出新的创意。
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关键词：输电线路；运行与检修；虚拟现实；仿真培训
输电线路运检工作的业务范围涵盖了超特高压交、直流所有电网的运行维护和检修，具有高智力、高技能、高风险等特点，对工作人员的理论素质和操作技能都有很高的要求，但是目前针对运检工作的各种培训方式都存在一定的缺陷，极大地限制了培训效果。为弥补传统培训的不足，本文提出了基于虚拟现实技术的输电线路运检的三维仿真培训系统。
近年来，虚拟现实技术逐步应用在电力培训中，如文献[1]提出了一种变电站仿真培训系统，文献[2]设计开发了有关电力安全的仿真培训系统，但是这些系统仅限于仿真软件的开发，交互性不强且培训模式单一，使得培训效果没有得到较大的提升。本文提出的培训系统既具有虚拟现实技术的全部特点，又提出了完整的培训模式。在实际培训中由理论知识到实际操作，由学习到考核，建立了完整的培训体系。培训人员可在循序渐进的学习过程中全面提升自身的理论素质和技能水平，大大增强了培训的效果。
一、系统特征及功能
1.系统特征
虚拟现实的应用范围非常广泛，包括科学可视化、设计与规划、教育与培训、遥感操作、艺术与娱乐等领域。[3]在输电线路运行与检修的培训中采用虚拟现实技术能为培训人员提供的视觉、听觉和触觉反馈，得到几近真实的感受，与现实教育培训基地或设施相比，输电线路运检三维仿真培训系统具有仿真性、可操作性、对应性的特征，能够在保证培训人员安全的前提下提升培训效果。具体特征如下：
（1）仿真性。仿真性是指培训系统实现了对输电线路运检的工作现场、工作流程及操作动作的全仿真。受训者在构造的输电线路虚拟场景中，通过自由变换虚拟场景的视角，可以浏览到输电线路的所有元件以及虚拟人物的动作细节，仿真了整个作业现场；通过体感设备，培训者可以做出动作与虚拟设备发生交互，从而仿真了作业中的实际操作。系统的培训效果与仿真性有直接关系，只有在如同真实的环境中进行实际操作才会使培训人员尽可能学习到作业的关键技术、危险点等。
（2）可操作性。可操作性是指仿真培训系统采用与实际工作中相对应的操作设备，这些设备为培训人员提供了接近真实的操作方式。[4]如受训者在培训系统中正在进行某项停电检修作业，作业中需要工器具时培训人员能够抓取虚拟的工器具，并使用工器具对虚拟设备进行操作。可操作性是虚拟培训系统实际运用的必备特性，培训人员可以主动地在虚拟的输电线路工作环境中进行作业，通过对感受到的信息进行思考和分析，形成自己想要的动作或策略，通过操作设备反馈给系统，实现与系统的交互和控制。[5]
（3）对应性。对应性是指培训系统是有针对性的培训：一是培训方式对应实际工作，现在输电线路运检三维仿真培训系统中按照不同的电压等级、不同的作业项目进行输电线路运检工作的讲解，具体作业项目如运行工作中的线路定期巡视、测量工作中接地电阻测量、停电检修工作中500kV停电清扫污秽绝缘子、带电作业中500kV带电更换单片绝缘子。二是培训对象对应不同人员的自身状况，对不同基础、能力和培训状况的学员开展针对性的培训。
2.系统功能
输电线路运行与检修三维仿真培训系统的主要功能模块的划分如图1所示。主要包括基础分析、仿真训练、考核评价、培训管理。培训是一种由理论知识到实际操作、从学习到考核的循序渐进的过程。
（1）基础分析。基础分析借助输电线路的三维仿真场景，将典型500kV线路的组成包括导地线、绝缘子、金具、杆塔、基础、接地装置等进行一一展现及介绍，让学员在进实操培训前，学习掌握到输电线路基础知识。
（2）仿真训练。仿真训练主要帮助培训人员提升操作技能，是通过具体的作业项目进行培训的，如测量工作中接地电阻测量。培训人员通过控制设备与虚拟场景进行交互，掌握作业流程、作业关键点以及危险点等。此时可进行单人操作练习，也可以利用网络技术进行多人的协同作业，在仿真作业的同时，培训人员可以随时进行资料查询，包含作业指导书、各项规程标准等资料。
（3）考核评价。考核评价的目的是在阶段性培训后对学员的学习情况进行评定，包括理论考试和实操考试。理论考试主要包含作业指导书、电力安全作业规程、工器具使用等基本内容；实操考试是在仿真训练的基础上开发的考试模式，对学员的各项操作进行考核，评估学员的实操水平。
（4）培训管理。培训管理的目的是保证仿真培训工作的有序开展，贯穿于整个培训过程。培训管理主要功能包括：账号管理、考核评定和资料管理。各项功能由管理员控制，主要用于建立学员学习档案，管理学员信息和成绩，方便教师设置考试科目、考试内容，管理员也可以随时编辑，补充资料查询功能模块的内容。
二、系统开发与实现的关键技术
虚拟场景是构建输电线路运检三维仿真培训系统的基础，一个逼真的三维模型场景能对使用者构成强大的视觉冲击，所建立的场景越真实培训效果愈好。本系统利用 3ds MAX 平台进行输电线路各元件模型的构造，主要采用层次建模法，即先设计出模型的各种零部件，然后进行整体装配。同时，通过 3ds MAX 的材质和贴图系统、灯光系统等提高三维模型的真实度。
虚拟场景要想引人注目，必须是动态可交互的。[6]本文基于Quest 3D搭建整个仿真系统的底层平台，将所建立的三维模型导入到Quest 3D中，利用Quest 3D开发各项功能模块实现培训系统的交互功能。在功能模块的开发中需要解决各项具体问题，如碰撞检测问题就是检测不同模型是否发生了碰撞，就像现实中两实体之间是不会发生交叉重叠的一样，在虚拟场景中两三维模型之间也不能发生穿透的现象。[7]在平台中采用层次包围盒方法进行实时碰撞检测，其基本思想是通过建立对象的包围盒层次来逐渐逼近对象的几何模型，从而用体积略大而形状简单的包围盒代替复杂的几何对象参加碰撞检测，通过包围盒间的相交测试快速地排除不相交的基本几何元素，以减少相交测试的次数。[8]利用Quest 3D进行实时检测的精确性及响应速度完全满足于本系统。通过解决碰撞问题系统将大大增加真实感。最终表现如图2所示，图中展现的是在500kV带电更换单片绝缘子的作业项目中，等电位电工进入等电位的动作。
三、结语
将虚拟现实技术应用到输电线路运检的三维仿真培训方法突破了传统教学方法的局限，具有实用性、互动性、娱乐性等特点，是虚拟现实技术在电力培训上的具体应用。通过完成对三维模型建模、场景搭建、碰撞检测等等问题的处理，建立输电线路运检三维培训系统，其高度仿真性、操作性以及对应性的特点提高了培训的效果，但是目前限于计算机软、硬件技术水平，虚拟现实系统还只能达到部分真实感的程度。随着技术的不断发展以及电力行业对安全的重视程度，虚拟现实技术在该领域的应用会将更加深入，仿真培训方式也将逐步成为输电线路运检三维仿真培训的重要手段。
参考文献：
[1]漆晓霞.基于虚拟现实的变电站仿真培训系统的研究[D].北京：华北电力大学，2009：1-58.
[2]陈奇朋，罗滇生，胡强，等.基于虚拟现实技术的电力作业仿真培训系统[J].计算机工程与应用，2012，（3）.
[3]李锦涛，刘国香，等.虚拟环境技术[M].北京：中国铁道出版社，1996.
[4]陈定方，罗亚波.虚拟设计[M].北京：机械工业出版设，2002：82-106.
[5]周泽伟，冯毅萍，吴玉成，等.基于虚拟现实的流程工业过程模拟仿真系统[J].计算机工程与应用，2011，4（10）：204-16.
[6]B Anderson，A McGrath.Strategies for Mutability in Virtual Environments[C].In：J Vince，R Earnshaw eds.Virtual Worlds on the Internet，Los Alamitos. Calif：IEEE CS Press，1988：123-134.
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关键词 虚拟装配技术；机械制造；计算机仿真技术
中图分类号：TP391.9 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)03-0081-02
In Machine Manufacturing of Conjecture Assemble Technique of Structure System and Technique Important Point//Zhang Guoyou, Wang Guoming
Abstract Conjecture assemble technique is the virtual reality technique, computer simulation and a variety of advanced technology are comprehensive application on the manufacturing assemble realm, it can complete perhaps support assemble process of can see to turn or assemble craft of programming, biggest exaltation efficiency of machine design and manufacturing.
Key words conjecture assemble technique; machine manufacture; computer simulation
Author’s address Light Industry College in Shandong, Jinan, China 250353; Shouguang Technician School of Shandong, Shouguang, Shandong, China 262700
1 前言
传统的计算机辅助装配系统的输入输出设备是二维的，而机械虚拟装配技术的输入输出设备是三维的，这对于机械制造专业特别是机械制造的实践模拟实验与动态的技术学习，具有重要的现实意义和深远的技术教育意义，也是目前虚拟技术在教育中的具体应用，具有广阔的发展前景。
2 机械制造中常见的虚拟装配系统结构
在机械制造专业中，虚拟技术已经十分普遍，但就从技术的系统性原理出发，常见的虚拟装配系统结构一般分为4个模块。
1）模型模块，功能是通过将零件的相关数据信息，包括几何模型、物理特征、零件的公差等，以及产品的装配模型，输入虚拟装配系统里，生成需要的虚拟零件模型，它是虚拟装配系统中最为基本的过程，具有基础性。
2）用户交互模块，即各种虚拟外部设备和其支持系统，通常有麦克风、数据手套、光栅眼镜、数据衣、头盔式显示器等。装配技术人员利用这些虚拟外部设备与虚拟装配系统进行人机交互，进行虚拟装配的各种操作，它是实现虚拟过程的交互体现，是感知与操作、认识与对比、接受与学习、技术与能力的具体体现。比如，要实现数据的模拟，是需要人的动手与动脑思考的，是需要显示与对比的，此模块就是最好的体现。
3）环境虚拟模块，是虚拟装配系统的核心，包括各种虚拟现实算法、虚拟装配环境配置、虚拟装配环境生成、虚拟零件模型、虚拟装配工具包以及虚拟外部设备驱动系统。其中，虚拟现实算法主要包括干涉检验算法、多细节层次模型自动生成算法；虚拟装配环境配置即对装配环境进行配置，包括坐标系的设定、定位、光照设置等；虚拟环境生成即生成虚拟环境所需的视觉、听觉和触觉信息等，利用各种优化算法对虚拟环境进行优化，以保证系统的实时性，为装配技术人员创造犹如现实的虚拟装配环境；虚拟装配工具包是由CAD系统创建的各种装配工具的几何模型转换得到的虚拟工具模型；虚拟外部设备驱动即各种虚拟外部设备的驱动程序。
4）输出模块，由输出零件装配轨迹、干涉检查报告、零件装配顺序文件、装配过程动画以及产品的虚拟模型组成。其中，零件装配轨迹可用来指导装配机器人的操作运动轨迹；干涉检查报告为产品设计更改提供参考，如更改零件尺寸、形状或者更改产品的结构；装配顺序文件用于指导制定装配工艺；装配过程动画用于培训装配人员。
3 机械制造中虚拟装配系统中的装配要点
在虚拟装配系统中，装配人员置身虚拟装配环境中，通过人机交互，利用虚拟外部设备对零件进行虚拟操作，完成产品的虚拟装配与数据报告。此过程可由3个重要环节组成，决定虚拟装配系统运行的优劣，也是机械制造中虚拟装配的动作要领之重点。因此，虚拟操作者不仅应掌握好，关键是能够实现真正的虚拟装配，达到虚拟的真正内涵，体现虚拟教育的本意。
3.1 准备环节
它主要是构建零件的虚拟模型，包括零件的工程设计信息、零件物理属性信息以及零件虚拟几何模型。零件的工程设计信息即那些体现设计者装配意图的几何元素，物理属性信息即对虚拟对象物理特性的描述，零件的虚拟几何模型则描述了虚拟零件的外观、几何形状，通过CAD系统生成的零件几何模型转换而来。工程设计信息体现的几何元素附加到零件的虚拟模型，可以保证虚拟零件在虚拟的环境下按照设计者的意图完成零件间的定位和约束，零件物理属性信息与虚拟几何模型相结合则可以在虚拟环境中再现现实中的零件模型。
在这个过程中，前期的设计与CAD系统的生成所需要的几何图形与元素是关键，在进行系统生成与设计中，基础性的零部件结构体系、数据需要有严格的界限和坚实的功底，否则难以实现资金积累环节的整体要求。
3.2 虚拟装配环节
这个环节是虚拟装配的主体，也是虚拟装配中最为直接的要素之一。首先，主要是对虚拟装配系统进行一些配置和环境设置，即构造虚拟装配环境，设置坐标系统以及灯光光照，构造工作台和调入所需装配工具，检查虚拟外部设备工作状况。其次，装配技术人员进行产品的虚拟装配。装配技术人员运用各种虚拟外部设备，直接与虚拟零件和虚拟环境进行人机交互，按照设计人员的设计意图进行装配。在这个过程，系统记录装配的各种信息，如零件的装配顺序、装配轨迹、干涉情况以及装配技术人员发现产品设计存在的问题等，并生成各种报告供有关工程技术人员备用。
3.3 输出环节
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我校从2004年起组织学生参加国内外Robocup机器人竞赛，并取得了较好的成绩：2004年中国机器人大赛Robocup 2D仿真组冠军；2009年伊朗机器人国际公开赛3D仿真组季军；2010年新加坡世界杯3D仿真组冠军；2011年土耳其世界杯3D仿真组季军；2011年中国机器人公开赛3D仿真组冠军；2011年江苏省机器人大赛3D仿真组冠军等等。机器人竞赛的全面开展对提升我校电类专业学生的创新实践能力和增强就业竞争力发挥了积极作用，也加深了我们对自动化类课程实践教学重要性和必要性的认识，强化了我们对学生动手能力的训练，促进了我们对学生基本素质的培养。
学生创新实践能力通过机器人竞赛的成绩来体现，并在竞赛实施过程中得以培养和提高。近年来，我们贯彻教育部质量工程建设，在实施机器人竞赛过程中，以校级大学生机器人创新基地为龙头，积极开展教学改革。在教学团队建设、课程体系建设、注重实践教学、重视学生第二课堂等方面全面开展了大学生创新与实践能力培养新途径的探索。开展了如何培养学生的兴趣、如何在实验中发挥学生的主体作用、如何鼓励学生利用课余时间进行电子系统开发、如何营造创新环境、如何培养学生的创新意识、如何提高学生的创新能力、如何激发教师的指导热情等课题研究，积累了一定的经验，取得了一定的成效。在这过程中逐步形成了一个竞赛经验丰富的教学团队和一套卓有成效的竞赛培训体系。但是如何以机器人竞赛为载体，促进大学生创新与实践能力培养，我们还有很多需要探索和改进的地方，本文从以下几个方面进行改革。
一、竞赛教材的编写
以培养学生的创新实践能力为目标，完善培训课程设置、完善培训教学大纲、完善培训教材。建立完善的培训教学计划和培训体系。形成一年级普及兴趣班、二年级提高班、三年级综合班、暑期强化集训班的层次化集训体系，分别编写相关行之有效的集训教材；建立完善的、随着科技进步不断更新优化的实验教学体系；不断研制开发综合性、设计性培训实验项目。
设计一个参加Robocup球队，根本问题是设计一个多智能体系统，能够进行实时的反应，表现出目标指导的理。目标与环境动态的实时变化，由于足球比赛的状态空间极大，不可能用手工的方法来编码所有可能的情形和智能体的行为。这使智能体能学习如何有策略的进行比赛变得极为重要，因此必须对课程的内容进行合理地选择。我们的选择思路是尽量涵盖机器人学的主要内容，使学生对机器人有一个整体的认识，同时必须突出重点，深入浅出，使学生掌握课程的关键知识。因此，选择仿人机器人和轮式机器人为对象，以机器人运动学、动力学和控制系统设计为主线，机器人传感器主要介绍光电编码器和视觉传感器，驱动器重点介绍直流伺服电机和舵机。机器人运动学和动力学部分主要难点是复杂的空间变换、运动学和动力学关系，这些内容即使对机械类的学生来说学起来也是相当困难的。如果要求学生完全掌握是不符合实际的，而且过多地纠缠在复杂的公式推导，学生难以理解反而会失去兴趣。因此，在讲授过程中简要介绍坐标变换、运动学和动力学原理。这样，学生以相对简单的对象进行学习，再通过仿真试验就可以对运动学和动力学原理有比较深的理解。认识到复杂的机器人系统不过是计算过程比较复杂而已，这一点对增强学生信心是非常重要的。在智能体协作方面，通过简化的人类足球赛策略模式，加以改进提升，形成有效的进攻与防守策略，让高智能算法理解起来不会太困难，这样改革教学内容和讲授方式可以减轻学生心理压力，进而学好本门课程的内容。
二、智能机器人实验平台建设
智能机器人实验平台主要包括轮式机器人实验系统和类人机器人实验系统两个主流的机器人平台。通过这两个平台的建设提高学生的动手和创新能力。
依托与网络机器人中央地方共建实验室的建设，建立轮式机器人实验系统，系统中机器人配备摄像头、激光和声纳等传感器，学生可以从中学习信息如何进行采集、如何进行处理和如何进行利用等多种知识，学习如何编写程序实现一系列的功能。
在类人机器人实验系统中，机器人各关节的运动及运动姿态由位于关节处的电机控制，依据所使用的电机个数的不同，机器人有不同的自由度，训练学生通过控制电机来实现机器人的行走、舞蹈及踢球等各种动作，将书本上的运动学及逆运动学的知识生动地再现。
三、学生兴趣的培养
兴趣是最好的老师。依托学院机器人竞赛创新基地和学生组织“Apollo社团”，进行科学的培训与管理，促进学生的素质与素养得到整体提高。培养的具体方法如下。
1．实验场所、实验设备、实验器材和文献资料对参赛同学全天候开放，分层次制订培训计划，使不同层次的学生都以最快的进度完成计划内容，让每一个参赛学生都能获得充实感、成就感。
2．树立培训榜样，使骨干队员充满自豪感，全力引跑，形成一种“比、学、赶、帮”的气氛。
3．建立竞赛获奖光荣榜，进行优秀作品展示，长期激励低年级同学。
4．积极邀请机器人方面的专家、应用能力强的优秀教师、高年级优秀获奖选手做学术和学习经验报告。
在培养学生的创新意识方面，我们进行过一些有益的尝试。如2010年机器人世界杯竞赛，学生任彦达、李立森、黄文伟应用自己所学的数学知识，完成了仿人机器人的全向行走、远距离射门、快速起身等动作的设计，并用一个多月的时间完成了算法的调试，最后在竞赛中取得了优异的成绩。由策划设计到实现调试，到答辩交流，整个过程和经历让学生终生难忘。机器人竞赛的操作性很强，侧重于锻炼学生的动手能力。竞赛使那些具有良好的理论基础、实践动手能力强，特别是具有创新意识和协作精神的学生有了施展自己才能的空间。在目前就业形势严峻的情况下，参加过我们集训的同学其实践能力都较为突出，在毕业时都找到了较为满意的工作，并得到用人单位的好评。今后我们将在集训项目的选择、竞赛指导的安排上进一步强化学生实践能力的培养。
