夏繼強(qiáng) 王雪潔 田甘霖 馬麗敏 王云龍 張弛

摘要

AR交互控制平臺(tái)是具有靈活性易操作性的載體，主要是應(yīng)用于相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境中。通過(guò)VR眼鏡盒可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人最直觀的控制，可通過(guò)感測(cè)操控者的頭部動(dòng)作靈活控制攝像頭觀測(cè)角度，使操控者更加方便的勘察四周情況，便于整個(gè)載體的動(dòng)作。不斷完善這種控制平臺(tái)，爭(zhēng)取讓其在未來(lái)可以應(yīng)用于實(shí)際中。

【關(guān)鍵詞】AR交互 遠(yuǎn)程控制 勘察

1 研究背景

AR交互控制平臺(tái)，可運(yùn)用于高危環(huán)境下的信息采集和替代人類完成一些危險(xiǎn)的動(dòng)作。比如在用于火情勘察，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可通過(guò)AR交互控制平臺(tái)替代人進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘測(cè)，避免不必要的人員傷亡。通過(guò)在AR交互控制平臺(tái)上搭建了一個(gè)機(jī)械臂，主要是用來(lái)在緊急時(shí)刻幫助人們完成一些動(dòng)作，在高危環(huán)境下進(jìn)行搶救一些重要物品。

2 設(shè)計(jì)原理

2.1 設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)采用AR交互技術(shù)，通過(guò)姿態(tài)陀螺儀和壓力傳感器感測(cè)出操控者的肢體動(dòng)作，從而控制控制平臺(tái)上的機(jī)械臂來(lái)替代人完成一些危險(xiǎn)動(dòng)作。通過(guò)手柄操控控制平臺(tái)的移動(dòng)。通過(guò)攝像頭云臺(tái)，可通過(guò)感測(cè)操控者的頭部動(dòng)作靈活控制攝像頭觀測(cè)角度，使操控者更加方便的觀測(cè)四周情況。目的可以靈活的控制平臺(tái)，在復(fù)雜的環(huán)境中替代人類完成危險(xiǎn)動(dòng)作。

2.2 研究方法

結(jié)合上述說(shuō)明，設(shè)計(jì)出這樣一個(gè)作品，以下是詳細(xì)說(shuō)明。

如1所示。

圖1中：AR交互控制平臺(tái)，包括：1控制平臺(tái)、101底座、102履帶、103驅(qū)動(dòng)裝置、104驅(qū)動(dòng)齒輪、105控制板、106云臺(tái)、107車(chē)載鋰電池、108滾輪、109從動(dòng)輪、110機(jī)械臂、111機(jī)械爪、112攝像頭、2壓力傳感器、3第一陀螺儀、4第二陀螺儀、5控制盒、6手柄、601搖桿、7VR眼鏡盒。

具體實(shí)施方式：

包括控制平臺(tái)1、壓力傳感器2、第一陀螺儀3、第二陀螺儀4、控制盒5、手柄6和VR眼鏡盒7，其特征在于：機(jī)器人1包括底座101，底座1底部的左側(cè)固定連接有機(jī)械臂110，機(jī)械臂110有四個(gè)自由度構(gòu)成，機(jī)械臂110的頂部固定連接有機(jī)械爪111，底座101右側(cè)的頂部固定連接有驅(qū)動(dòng)裝置103，驅(qū)動(dòng)裝置103為直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)裝置103輸出軸的一端固定連接有驅(qū)動(dòng)齒輪104，底座101的底部轉(zhuǎn)動(dòng)連接有滾輪108，底座101左側(cè)的頂部通過(guò)固定支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接有從動(dòng)輪109，驅(qū)動(dòng)齒輪104、滾輪108和從動(dòng)輪109的表面分別傳動(dòng)連接有履帶102，底座101的頂部固定連接有車(chē)載鋰電池107，底座101的頂部且位于鋰電池107的右側(cè)固定連接有控制板105，控制板105的頂部固定連接有云臺(tái)106，云臺(tái)106的頂部固定連接有攝像頭112，控制盒5安裝在使用者的腰部位置，控制盒5的內(nèi)部設(shè)置有鋰電池，控制盒5和控制板105的內(nèi)部均集成了通信模塊，通信模塊包括藍(lán)牙芯片、Wi-Fi芯片和TD-LTE通信基帶，壓力傳感器2由使用者右手握持，第一陀螺儀3套設(shè)在使用者的右臂上臂位置，所訴第二陀螺儀4套設(shè)在使用者右臂前臂位置，手柄6頂部的一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接有搖桿601，VR眼鏡盒7套設(shè)在使用者頭部位置，VR眼鏡盒7內(nèi)部設(shè)置有手機(jī)，壓力傳感器2，第一陀螺儀3，第二陀螺儀3、手柄6和VR眼鏡盒7通過(guò)電線分別與控制盒5連接，驅(qū)動(dòng)裝置103、機(jī)械臂110、機(jī)械爪111、云臺(tái)106和攝像頭112通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與控制板105連接。

使用時(shí)，控制盒5與控制板105通過(guò)Wi-Fi、藍(lán)牙和TD-LTE數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，左手通過(guò)手柄6上的搖桿601控制機(jī)器人1運(yùn)動(dòng)，右手通過(guò)第一陀螺儀3和第二陀螺儀4控制機(jī)械臂110運(yùn)動(dòng)，壓力傳感器8控制機(jī)械爪111開(kāi)合，攝像頭112所得畫(huà)面?zhèn)鬏數(shù)絍R眼鏡盒7中，使用者頭部通過(guò)VR眼鏡盒7中的手機(jī)對(duì)云臺(tái) 106控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)俯仰。

3 創(chuàng)新特色

本設(shè)計(jì)采用了履帶式傳動(dòng)輪，具有一定的承重效力，履帶式傳動(dòng)輪相比于普通車(chē)輪，可以使用的地形更加廣泛，即使在惡劣的氣候下，影響也較小。AR交互控制平臺(tái)前方的履帶與地面具有一定角度，這樣的實(shí)際便于應(yīng)對(duì)有一定坡度的地形。目前很多載運(yùn)平臺(tái)采用傳統(tǒng)履帶底盤(pán)搭載一個(gè)機(jī)械臂，但是爬坡能力較弱，控制方式也及其復(fù)雜，遙控器按鈕較多，操作員需要同時(shí)控制車(chē)體的運(yùn)動(dòng)，還需要控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，往往需要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練才能夠熟練掌握操作方法，同時(shí)視頻回傳的視頻畫(huà)面只能固定的顯示在終端設(shè)備上面。操作人員很難有身臨其境的感覺(jué)。這樣使操作難度增加，很難靈活的控制載運(yùn)平臺(tái)，AR交互控制平臺(tái)解決了這一難題，結(jié)合傳感式機(jī)械手臂，機(jī)械具有了人肢體的靈活。

4 應(yīng)用前景

在事故多發(fā)的現(xiàn)今，在某些特定的情況下，操控者只需要在外面穿戴一套操控設(shè)備，戴一個(gè)VR眼鏡，通過(guò)VR眼鏡盒可以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制平臺(tái)最直觀的控制，通過(guò)攝像頭云臺(tái)，可通過(guò)感測(cè)操控者的頭部動(dòng)作靈活控制攝像頭觀測(cè)角度，使操控者更加方便的勘察四周情況。還可根據(jù)操控者的動(dòng)作靈活的控制它，可以彌補(bǔ)復(fù)雜環(huán)境下的自由變動(dòng)。本設(shè)計(jì)具有良好的應(yīng)用前景。

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