AR交互控制平台

夏继强 王雪洁 田甘霖 马丽敏 王云龙 张弛

摘要

AR交互控制平台是具有灵活性易操作性的载体，主要是应用于相对复杂的环境中。通过VR眼镜盒可以实现对机器人最直观的控制，可通过感测操控者的头部动作灵活控制摄像头观测角度，使操控者更加方便的勘察四周情况，便于整个载体的动作。不断完善这种控制平台，争取让其在未来可以应用于实际中。

【关键词】AR交互 远程控制 勘察

1 研究背景

AR交互控制平台，可运用于高危环境下的信息采集和替代人类完成一些危险的动作。比如在用于火情勘察，当发生火灾时，可通过AR交互控制平台替代人进入火灾現场进行勘测，避免不必要的人员伤亡。通过在AR交互控制平台上搭建了一个机械臂，主要是用来在紧急时刻帮助人们完成一些动作，在高危环境下进行抢救一些重要物品。

2 设计原理

2.1 设计思路

本设计采用AR交互技术，通过姿态陀螺仪和压力传感器感测出操控者的肢体动作，从而控制控制平台上的机械臂来替代人完成一些危险动作。通过手柄操控控制平台的移动。通过摄像头云台，可通过感测操控者的头部动作灵活控制摄像头观测角度，使操控者更加方便的观测四周情况。目的可以灵活的控制平台，在复杂的环境中替代人类完成危险动作。

2.2 研究方法

结合上述说明，设计出这样一个作品，以下是详细说明。

如1所示。

图1中：AR交互控制平台，包括：1控制平台、101底座、102履带、103驱动装置、104驱动齿轮、105控制板、106云台、107车载锂电池、108滚轮、109从动轮、110机械臂、111机械爪、112摄像头、2压力传感器、3第一陀螺仪、4第二陀螺仪、5控制盒、6手柄、601摇杆、7VR眼镜盒。

具体实施方式：

包括控制平台1、压力传感器2、第一陀螺仪3、第二陀螺仪4、控制盒5、手柄6和VR眼镜盒7，其特征在于：机器人1包括底座101，底座1底部的左侧固定连接有机械臂110，机械臂110有四个自由度构成，机械臂110的顶部固定连接有机械爪111，底座101右侧的顶部固定连接有驱动装置103，驱动装置103为直流电机，驱动装置103输出轴的一端固定连接有驱动齿轮104，底座101的底部转动连接有滚轮108，底座101左侧的顶部通过固定支架转动连接有从动轮109，驱动齿轮104、滚轮108和从动轮109的表面分别传动连接有履带102，底座101的顶部固定连接有车载锂电池107，底座101的顶部且位于锂电池107的右侧固定连接有控制板105，控制板105的顶部固定连接有云台106，云台106的顶部固定连接有摄像头112，控制盒5安装在使用者的腰部位置，控制盒5的内部设置有锂电池，控制盒5和控制板105的内部均集成了通信模块，通信模块包括蓝牙芯片、Wi-Fi芯片和TD-LTE通信基带，压力传感器2由使用者右手握持，第一陀螺仪3套设在使用者的右臂上臂位置，所诉第二陀螺仪4套设在使用者右臂前臂位置，手柄6顶部的一侧转动连接有摇杆601，VR眼镜盒7套设在使用者头部位置，VR眼镜盒7内部设置有手机，压力传感器2，第一陀螺仪3，第二陀螺仪3、手柄6和VR眼镜盒7通过电线分别与控制盒5连接，驱动装置103、机械臂110、机械爪111、云台106和摄像头112通过数据线分别与控制板105连接。

使用时，控制盒5与控制板105通过Wi-Fi、蓝牙和TD-LTE数据进行数据交换，左手通过手柄6上的摇杆601控制机器人1运动，右手通过第一陀螺仪3和第二陀螺仪4控制机械臂110运动，压力传感器8控制机械爪111开合，摄像头112所得画面传输到VR眼镜盒7中，使用者头部通过VR眼镜盒7中的手机对云台 106控制实现转动俯仰。

3 创新特色

本设计采用了履带式传动轮，具有一定的承重效力，履带式传动轮相比于普通车轮，可以使用的地形更加广泛，即使在恶劣的气候下，影响也较小。AR交互控制平台前方的履带与地面具有一定角度，这样的实际便于应对有一定坡度的地形。目前很多载运平台采用传统履带底盘搭载一个机械臂，但是爬坡能力较弱，控制方式也及其复杂，遥控器按钮较多，操作员需要同时控制车体的运动，还需要控制机械臂的运动，往往需要经过很长时间的训练才能够熟练掌握操作方法，同时视频回传的视频画面只能固定的显示在终端设备上面。操作人员很难有身临其境的感觉。这样使操作难度增加，很难灵活的控制载运平台，AR交互控制平台解决了这一难题，结合传感式机械手臂，机械具有了人肢体的灵活。

4 应用前景

在事故多发的现今，在某些特定的情况下，操控者只需要在外面穿戴一套操控设备，戴一个VR眼镜，通过VR眼镜盒可以实现对控制平台最直观的控制，通过摄像头云台，可通过感测操控者的头部动作灵活控制摄像头观测角度，使操控者更加方便的勘察四周情况。还可根据操控者的动作灵活的控制它，可以弥补复杂环境下的自由变动。本设计具有良好的应用前景。

参考文献

[1]王涌天，陈靖，程德文.增强现实技术导论[M].科学出版社，2015.

[2]徐学磊增强现实必知必会的工具与方法[M].机械工业出版社2013.

[3]何强，陈清奎，陈玉龙，姜小会.基于ARToolkit的增强现实系统开发及应用[J].现在制造技术与装备，2013.