基于增强现实技术的遥操作方式设计与实现

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1、硕士学位论文基于增强现实技术的遥操作方式设计与实现DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFATELEOPERATIONMETHODBASEDONAUGMENTEDREALITY林渊哈尔滨工业大学2016年7月国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：681.568.74密级：公开工学硕士学位论文基于增强现实技术的遥操作方式设计与实现硕士研究生：林渊导师：孟庆虎教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工

2、业大学ClassifiedIndex:TP242.2U.D.C:681.568.74DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFATELEOPERATIONMETHODBASEDONAUGMENTEDREALITYCandidate：LinYuanSupervisor：Prof.MaxQ.-H.MengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality

3、：MechatronicsEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在一定距离以外对机器人执行操控的行为称为遥操作。用于实现这一功能的遥操作系统在微纳操作、空间操作、水下操作、排爆操作等极端任务中不仅可以帮助人类克服生理局限、保障生命安全，还可以利用操作者的经验

4、和适应能力使机器人具有更好的临场表现。而在日常生活中，遥操作系统同样可以作为人机协作的良好平台。目前，针对遥操作系统的研究工作重点主要集中于增强操作者的临场感，使其对远处场景能够建立更及时、准确的判断，从而实现更有效的操控。有别于基于虚拟现实技术的遥操作系统，本课题研究旨在利用增强现实技术，使遥操作系统在提供良好临场体验的同时，让操作者能够兼顾本地工作环境。该方式不仅可以避免发生误触，确保人员与设备安全，还可以使操作者在需要执行本地操作的时候免去反复摘取头戴显示设备的麻烦，提高操作效率。本系统远程端

5、由机械臂完成与工作环境的交互，其手部与双目摄像头构成的手眼系统通过双目视觉匹配获取三维信息，并在系统初始化阶段完成工作环境三维模型的建立。随后，该系统会在运行过程中对这一模型进行更新。增强现实技术在本系统中的具体应用主要体现在本地端的功能设计上。首先，本地端采用基准标记对观测摄像头进行注册，以确定待显示数字内容与摄像头之间应具有的相对位置关系，进而实现远处工作场景三维模型在本地端与真实环境的融合显示功能。其次，本地端还实现了用户与该场景模型之间的手势交互功能。用户不仅可以依靠该功能利用手势对显示内容

6、进行调节，还能够对远程机械臂进行运动控制。通过上述功能的有机结合，用户便能够在本地以操作虚拟物体的形式直观、高效地完成遥操作过程。本课题在自主构建的机械臂遥操作平台上实现了所设计的操作方式，证明了在遥操作系统中应用增强现实技术，可以显著改善使用体验，提升操作效率。并通过具体分析，说明了将该设计推广到不同遥操作平台上的必要性和可行性。关键词：增强现实；遥操作；三维重建；手势控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTomanipulatearobotatadistanceiswhatwe

7、calledteleoperation.Thesystemweusedtoconductsuchoperation(a.k.a.teleoperationsystem)couldhelpustoovercomeourphysicalconstraintsandensureoursaftyintaskslikespaceoperation,underwateroperation,micro-nanomanipulationandexplosivedevicedisposaloperation.Intu

8、rn,wecouldhelptherobottoperformmoreskillfulmoveswithourexperienceandadaptiveness.Appearantly,teleoperationsystemcouldalsoenhancethecooperationbetweenhumanandrobotincommoncircumstance.Currently,mostresearchesaboutteleoperationsystemsfocu