【摘要】：隨著技術(shù)的不斷進步,以盾構(gòu)機為代表的大型復雜機電一體化裝備越來越多地被應用于社會生產(chǎn)生活,復雜裝備具有的技術(shù)密集和功能復合特點在提升作業(yè)自動化程度和效率的同時,卻也為技術(shù)人員的維修保障工作帶來了困難。應對盾構(gòu)機設(shè)備的復雜維修需求,依靠傳統(tǒng)維修保障方式為技術(shù)人員提供輔助支持的效果有限,影響維修作業(yè)效率,且存在操作安全隱患。本文針對盾構(gòu)機在維修過程中應用傳統(tǒng)方式獲取輔助支持信息效率低下的問題,基于增強現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計和開發(fā)了盾構(gòu)維修支持系統(tǒng),通過構(gòu)建“虛實融合”的維修環(huán)境,以豐富的操作指導信息提高技術(shù)人員對維修場景的感知能力,降低維修操作難度,提升維保工作效率。本文首先結(jié)合盾構(gòu)機維修保障及增強現(xiàn)實技術(shù)特點進行需求分析,完成對基于增強現(xiàn)實的盾構(gòu)維修支持系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計,在分析關(guān)鍵支撐技術(shù)的基礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)功能模塊設(shè)計。其次,針對盾構(gòu)維修場景特點,提出了基于自然特征的系統(tǒng)跟蹤注冊方案,使用ORB算法對場景自然特征進行提取匹配,并通過引入改進的RANSAC方法實現(xiàn)對匹配結(jié)果的優(yōu)化,結(jié)合KLT算法的特征預測跟蹤能力,改善了系統(tǒng)運算的實時性能,最終利用特征匹配結(jié)果更新單應性投影矩陣,實現(xiàn)了虛擬信息與真實盾構(gòu)維修場景的虛實融合效果。同時,從分析增強現(xiàn)實維修支持過程中維修狀態(tài)及行為的關(guān)系出發(fā),提出了基于自然手勢的系統(tǒng)人機交互方式,利用深度圖像信息實現(xiàn)手勢分割和輪廓提取,以手勢形狀和位置信息為依據(jù)剔除交互過程中的無效手勢,建立基于圖像屬性的手勢特征描述向量,并通過支持向量機完成手勢分類器的訓練,獲得系統(tǒng)交互手勢識別模型。然后,介紹了原型系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)方法,利用Visual Studio、Unity3D、智能眼鏡等軟硬件平臺工具完成對增強現(xiàn)實維修支持原型系統(tǒng)的開發(fā),并在盾構(gòu)維修現(xiàn)場進行了應用驗證。最后,對本文開展的主要研究工作進行了概括總結(jié),并對未來研究方向做出展望。
【圖文】：

泵維修系統(tǒng)。眾多基于增強現(xiàn)實技術(shù)的研究和應用，在提高復雜維修作業(yè)效率、減少人為失誤等方面取得了良好效果，體現(xiàn)出巨大的應用價值和發(fā)展?jié)摿�。圖1.1 增強現(xiàn)實在維修領(lǐng)域的應用國內(nèi)方面，一些高校研究機構(gòu)的學者于本世紀初開始了增強現(xiàn)實技術(shù)理論及應用方面的探索。隨著近幾年研究工作的發(fā)展和深入，已經(jīng)將增強現(xiàn)實技術(shù)應用至多個領(lǐng)域，包括醫(yī)療、考古、游戲、導航等[19, 20]。其中，由北京理工大學研制的一套數(shù)字系統(tǒng)，利用增強現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)了文物古跡的“復原”工作，將恢復的圓明園影像顯示在

[24]等將增強現(xiàn)實技術(shù)嵌入地理信息系統(tǒng)中，并在其綜合應用方面做出了探索。圖1.2 增強現(xiàn)實應用于導航、醫(yī)療和古跡復原目前，國內(nèi)在盾構(gòu)維修領(lǐng)域應用增強現(xiàn)實技術(shù)的研究還是一片空白，但在其他領(lǐng)域的相關(guān)應用越來越多，對本文開展研究工作有著重要的借鑒意義。南京航空航天大學左洪福教授團隊，持續(xù)開展增強現(xiàn)實技術(shù)在民用航空維修領(lǐng)域的有關(guān)應用研究，設(shè)計制作的維修誘導系統(tǒng)可跟蹤使用者視線從而實現(xiàn)自然人機交互，在研究面向過程的維修誘導和維修信息組織表達方面做出了探索[25-27]。軍械工程學院的趙敏等設(shè)計了一套增強現(xiàn)實裝配和維修系統(tǒng)，利用雙目視覺技術(shù)和人工標識實現(xiàn)對場景的跟蹤注冊，系統(tǒng)可為電源箱的維修提供輔助指導[28]。電子科技大學的唐小成，，基于視頻透視式設(shè)備搭建設(shè)備維護輔助系統(tǒng)
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U455.39;TP391.9

【參考文獻】

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本文編號：2646269