發(fā)布時間：2022-02-12 23:29

　　在精密的微操作過程中,操作者的人眼和人手需要極高的定位精度和操作精度,而微操作工具末端和微操作目標(biāo)往往非常微小,使得人眼和人手在不斷觀察與操作的反復(fù)作業(yè)中容易疲勞,難以持久高效的高精度定位目標(biāo)位置;人手在進(jìn)行定位操作時,容易受到抖動、操作疲勞、熟練程度等影響,導(dǎo)致放置的位置坐標(biāo)不準(zhǔn)確,需要反復(fù)多次移動定位,降低了微操作的精度和效率,甚至造成任務(wù)失敗。針對人眼和人手易疲勞、難以持久高精度定位等特性,設(shè)計了適用于微操作的人眼輔助定位與補(bǔ)償系統(tǒng)和人手輔助定位與補(bǔ)償系統(tǒng),增強(qiáng)微操作系統(tǒng)的智能化輔助功能。論文將人眼視線定位輔助技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測技術(shù)引入到微操作系統(tǒng)中,同時研究了人眼輔助定位與補(bǔ)償策略、人手輔助定位與補(bǔ)償策略,減輕人眼和人手的操作負(fù)擔(dān),提高了微操作的精度和效率。論文主要包含以下幾個方面:第一,基于實驗的手眼特性數(shù)據(jù)的采集與分析;通過實驗對人手在微操作中的直線運(yùn)動、折線運(yùn)動、弧線運(yùn)動、定位操作等運(yùn)動模式的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并分析,根據(jù)人眼和人手易疲勞、難以持久高精度定位等特性,分別建立基于視線定位的人眼輔助定位與補(bǔ)償系統(tǒng)、基于SVM預(yù)測模型的人手輔助定位與補(bǔ)償系統(tǒng)。第二,使用VS2015、... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省211工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

FEMTO-ST學(xué)院的微操作系統(tǒng)和法國d’AutomatiquedeBesancon實驗室微

2在微操作中人始終是主導(dǎo)者，微操作系統(tǒng)需要人機(jī)交互才能實現(xiàn)高精度的任務(wù)[4]。近年來，關(guān)于人的各種輔助系統(tǒng)開始在遙微操作的研究中受到重視。遙微操作是大部分微操作的工作方式，但在遙微操作系統(tǒng)中，無法判斷操作者的意圖也無法輔助與補(bǔ)償操作者的微操作過程，需要操作者反復(fù)操作才能完成任務(wù)[4]，操作者需要反復(fù)不斷的注視微操作顯微視覺界面，不斷進(jìn)行反復(fù)移動定位，往往效率和操作精度都非常低下，造成人眼和人手很快進(jìn)入疲勞狀態(tài)[5]。為了提高微操作系統(tǒng)的自動化程度，增強(qiáng)微操作系統(tǒng)對操作者的智能輔助，提高效率和操作精度，論文設(shè)計了基于視線定位技術(shù)的人眼輔助定位與補(bǔ)償系統(tǒng)和基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測技術(shù)的人手輔助定位與補(bǔ)償系統(tǒng)，基于操作者的人眼和人手易疲勞、難以持久高效的高精度定位等特性，通過對人眼和人手定位精度的輔助和補(bǔ)償，輔助操作者更高效的完成微操作作業(yè)。1.2微操作系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀MEMS技術(shù)在近20年得到迅猛發(fā)展，市場上也有成產(chǎn)品的MEMS產(chǎn)品，例如微麥克風(fēng)、紅外探測器、噴墨打印頭、微羅盤、壓力傳感器、微陀螺儀、加速度計、流量傳感器等，MEMS產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事國防、航空航天、汽車電子、工業(yè)應(yīng)用、生物醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域但這些產(chǎn)品在嚴(yán)格意義上說不屬于完整成熟的MEMS產(chǎn)品，該領(lǐng)域在未來還有很大的發(fā)展和應(yīng)用潛力[6]。南京航空航天大學(xué)微操作系統(tǒng)和清華大學(xué)微操作系統(tǒng)如圖1-3所示。圖1-3南京航空航天大學(xué)微操作系統(tǒng)和清華大學(xué)微操作系統(tǒng)在遙微操作系統(tǒng)中，操作者通過微操作系統(tǒng)進(jìn)行間接操作，完成操作對象微孝操作復(fù)雜的微操作任務(wù)[7][8]。在高精度微操作下，操作者人眼容易疲勞，導(dǎo)致操作精度下降，操作效率低下，進(jìn)而導(dǎo)致微操作失�。煌瑫r操作者在微操

4是近幾年最流行的視線跟蹤技術(shù)[16][17]，視線跟蹤設(shè)備與交互游戲中的視線跟蹤如圖1-4所示。圖1-4視線跟蹤設(shè)備與交互游戲中的視線跟蹤目前國內(nèi)外視線跟蹤的研究熱點(diǎn)是通過對眼睛的視頻序列進(jìn)行分析進(jìn)而判斷視線方向和注視點(diǎn)，即通過攝像機(jī)將眼球運(yùn)動圖像記錄下來，再通過對瞳孔運(yùn)動特點(diǎn)的分析判斷視線落點(diǎn)，這種方法對操作者的干擾小，測量精度高[18]。眼動測量方法主要分為瞳孔-角膜反射向量法、眼電圖法（EOG）、虹膜-鞏膜邊緣法、角膜反射法等[16]。（1）瞳孔-角膜反射向量法。瞳孔-角膜反射向量法的原理是當(dāng)紅外光源照射人眼時，由于角膜反射率的不同使得角膜上出現(xiàn)紅外反射斑，即普爾欽光斑，利用角膜反射光斑中心與瞳孔中心在眼球運(yùn)動過程中不斷變化的矢量關(guān)系作為視線參數(shù)，再通過求解出的映射模型實時計算人眼在屏幕中的注視點(diǎn)坐標(biāo)。瞳孔-角膜反射向量法流程圖如圖1-5所示。采集的操作者圖像提取人眼圖像并分割提取出瞳孔平面視線方向參數(shù)獲取視線方向計算屏幕注視點(diǎn)坐標(biāo)計算數(shù)學(xué)映射模型提取視線特征參數(shù)建立視線定位估計模型圖1-5瞳孔-角膜反射向量法流程圖（2）眼電圖法。由于代謝速度的不同，在人眼底部的視網(wǎng)膜和頂端的角膜之間存在電勢差，當(dāng)人眼注視不同方向時，電勢差也會不斷變化，通過電勢差的變化，可以確定人眼的注視方向[19]。（3）角膜反射法是根據(jù)角膜在人眼注視不同方向時，光照射到角膜上面的角度不同，反射回來的光線方向也不同，根據(jù)反射光線的變化規(guī)律可以確定人眼的注視方向。（4）虹膜-鞏膜邊緣法。使虹膜-鞏膜邊緣法需要使用紅外光照射人眼，再

【參考文獻(xiàn)】：
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