基于增强现实的盾构维修支持系统研究与实现

发布时间：2020-04-30 22:57

【摘要】：随着技术的不断进步,以盾构机为代表的大型复杂机电一体化装备越来越多地被应用于社会生产生活,复杂装备具有的技术密集和功能复合特点在提升作业自动化程度和效率的同时,却也为技术人员的维修保障工作带来了困难。应对盾构机设备的复杂维修需求,依靠传统维修保障方式为技术人员提供辅助支持的效果有限,影响维修作业效率,且存在操作安全隐患。本文针对盾构机在维修过程中应用传统方式获取辅助支持信息效率低下的问题,基于增强现实技术设计和开发了盾构维修支持系统,通过构建“虚实融合”的维修环境,以丰富的操作指导信息提高技术人员对维修场景的感知能力,降低维修操作难度,提升维保工作效率。本文首先结合盾构机维修保障及增强现实技术特点进行需求分析,完成对基于增强现实的盾构维修支持系统的架构设计,在分析关键支撑技术的基础上完成了系统功能模块设计。其次,针对盾构维修场景特点,提出了基于自然特征的系统跟踪注册方案,使用ORB算法对场景自然特征进行提取匹配,并通过引入改进的RANSAC方法实现对匹配结果的优化,结合KLT算法的特征预测跟踪能力,改善了系统运算的实时性能,最终利用特征匹配结果更新单应性投影矩阵,实现了虚拟信息与真实盾构维修场景的虚实融合效果。同时,从分析增强现实维修支持过程中维修状态及行为的关系出发,提出了基于自然手势的系统人机交互方式,利用深度图像信息实现手势分割和轮廓提取,以手势形状和位置信息为依据剔除交互过程中的无效手势,建立基于图像属性的手势特征描述向量,并通过支持向量机完成手势分类器的训练,获得系统交互手势识别模型。然后,介绍了原型系统关键技术实现方法,利用Visual Studio、Unity3D、智能眼镜等软硬件平台工具完成对增强现实维修支持原型系统的开发,并在盾构维修现场进行了应用验证。最后,对本文开展的主要研究工作进行了概括总结,并对未来研究方向做出展望。
【图文】：

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泵维修系统。众多基于增强现实技术的研究和应用，在提高复杂维修作业效率、减少人为失误等方面取得了良好效果，体现出巨大的应用价值和发展潜力。图1.1 增强现实在维修领域的应用国内方面，一些高校研究机构的学者于本世纪初开始了增强现实技术理论及应用方面的探索。随着近几年研究工作的发展和深入，已经将增强现实技术应用至多个领域，包括医疗、考古、游戏、导航等[19, 20]。其中，由北京理工大学研制的一套数字系统，利用增强现实技术实现了文物古迹的“复原”工作，将恢复的圆明园影像显示在

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[24]等将增强现实技术嵌入地理信息系统中，并在其综合应用方面做出了探索。图1.2 增强现实应用于导航、医疗和古迹复原目前，国内在盾构维修领域应用增强现实技术的研究还是一片空白，但在其他领域的相关应用越来越多，对本文开展研究工作有着重要的借鉴意义。南京航空航天大学左洪福教授团队，持续开展增强现实技术在民用航空维修领域的有关应用研究，设计制作的维修诱导系统可跟踪使用者视线从而实现自然人机交互，在研究面向过程的维修诱导和维修信息组织表达方面做出了探索[25-27]。军械工程学院的赵敏等设计了一套增强现实装配和维修系统，利用双目视觉技术和人工标识实现对场景的跟踪注册，系统可为电源箱的维修提供辅助指导[28]。电子科技大学的唐小成，，基于视频透视式设备搭建设备维护辅助系统
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.39;TP391.9

【参考文献】