CN110390484A - 一种工业作业增强现实指令设计系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业作业增强现实指令设计系统及方法，涉及工业作业技术领域，包括：结构层：用于结合场景的需要针对不同场景进行快速设计，快速组织并填充AR指令内容，设计出AR指令；状态层：用于支持不同的作业状态，在出现问题或者异常时，进行及时有效的处理，并在最终作业完成后进行质量检查；连接层，用于AR指令管理AR跟踪数据和AR配准参数，以适应不同的操作环境；内容层，用于实现增强现实效果，将指令指导信息融入真实环境，同时考虑不同作业人员接受信息侧重点不同，设计不同的AR内容的信息呈现方式。本发明提出一种工业作业增强现实指令设计方法，能针对场景快速设计出AR指令，适应复杂多变的工业作业。
Description
技术领域
本发明涉及工业作业技术领域，特别涉及一种工业作业增强现实指令设计系统及方法。
背景技术
增强现实(AR)，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。
随着智能制造的提出发展和不断深入，有关复杂产品的装配、维修、调试等的工业作业问题越来越显得关键，已经成为工业领域中一个亟待解决的问题。这一问题产生的一个主要原因就是复杂产品的工业作业目前主要还只能由现场作业人员进行操作，并要求作业人员记忆大量信息，非常考验作业人员的经验，这往往会导致作业质量波动大并且作业效率低。虽然目前能采用电子作业指令(EWI)作为辅助手段，对作业过程进行现场指导，减少操作时间和工作量，但是EWI无法融入真实场景，使得作业人员需要在虚拟信息和真实环境信息之间不断转换视觉认知，这无疑增加了作业人员的心理和生理的双重负担，在长时间工作下还会产生挫折感，不利于提高工业作业的效率的以及保证工业作业的质量，所以，就需要一种工业作业增强现实指令设计系统及方法。
发明内容
本发明实施例提供了一种工业作业增强现实指令设计系统及方法，用以解决现有技术中存在的问题，即为了解决现有的电子作业指令不能融入真实作业环境，对作业人员的负担大；现有的AR引导技术不能适应复杂灵活的作业场景。
一种工业作业增强现实指令设计系统及方法，包括：
结构层：用于结合场景的需要针对不同场景进行快速设计，快速组织并填充AR指令内容，设计出AR指令；
状态层：用于支持不同的作业状态，在出现问题或者异常时，进行及时有效的处理，并在最终作业完成后进行质量检查；
连接层，用于AR指令管理AR跟踪数据和AR配准参数，以适应不同的操作环境；
内容层，用于实现增强现实效果，将指令指导信息融入真实环境，同时考虑不同作业人员接受信息侧重点不同，设计不同的AR内容的信息呈现方式。
优选地，在所述结构层中，根据工业领域中作业人员作业特点，将指令分为三个层次：
作业流程：是指完成一项作业的全部作业内容；
作业流程包括多个作业步骤；
作业流程的属性有：作业名称、作业版本；
作业步骤：是指一个或一组作业人员在同一地点进行的作业；
作业步骤可划分为多个作业动作；
作业步骤的属性有：步骤序号、步骤内容、作业场景模板、是否为关键作业步骤、是否为强制作业步骤、步骤工时；
作业动作：是按照一定方式分类而成的单独的一项动作；
作业动作不可再分，一个或多个作业动作构成一个作业步骤；
作业动作属性有：动作序号、动作内容、是否为关键动作、是否为强制动作、动作状态类型。
优选地，在所述状态层中，根据工业领域需求，AR指令设计以下三种作业状态：
正常作业：正常作业是AR指令中的主要状态，在此状态下，系统按照“动作-步骤”的顺序自下而上运行；
质量检查：在作业完成后，设置一个或多个动作为质量检查类型，对该步骤的作业质量进行检查；
问题处理：在发现问题之后，进入问题处理状态，在该状态下，系统进行诊断，之后再调用并呈现同类型问题的解决方案。
优选地，在连接层中，
所述AR跟踪数据为：使用无标记的跟踪注册方法和识别图作为跟踪注册的方式；在确定动作状态类型后，为每个类型添加一张或多张识别图，作为跟踪注册的触发标志，当系统识别到对应图片后，呈现该类型下的AR内容；
所述AR配准参数：是指在呈现AR内容时，决定AR内容呈现位置的参数；对于不同AR内容，AR配准参数有所不同；对于图片、视频和文本，采用模板的方式，即提前设置场景模板作为步骤的属性，在不同模板中，对图片、视频的配准信息做了预处理；对于模型和二维文本标记进行实时同步配准，提供相应的注册位置参数，再经过坐标转换对其进行定位，建立与真实场景同步的配准关系。
优选地，在内容层中，基于工业作业中的作业情况和目标增强现实实现效果的形式，将指令的AR内容分为五种：二维文本、图片、视频、三维模型、动画；针对不同AR内容，设计不同的属性，并且对于不同属性，根据增强现实性能的要求进行相应的约束，确保能产生良好的增强现实的显示效果。
更优选地，所述AR内容信息呈现方式及对应属性如下：
二维文本：颜色，字号，字体；
图片：图片像素大小，文件大小，文件格式；
视频：帧率、文件大小、文件格式；
三维模型：颜色、缩放比；
动画：帧率、是否循环。
一种基于一种工业作业增强现实指令设计系统的方法，包括如下步骤：
S1、分析场景需求，将作业内容按照流程-步骤-动作的结构进行划分；将作业内容按照AR指令各级结构的属性填入；
S2、决定每个动作的状态；对每个动作选择不同的动作状态，使每个步骤的作业、检查、异常处理动作完整；
S3、准备以及填入识别图；根据场景需求，确定作为注册数据的识别图，并通过现场采集或提前准备拍摄的方法获取符合要求的识别图，再将识别图填入不同动作状态中，作为增强现实跟踪注册的依据；
S4、准备以及填入各个AR内容；根据场景需求，确定AR内容呈现方式，准备符合要求的各个AR内容，将其填入对应属性中；
S5、将以上内容进行组织，形成XML文件。
本发明有益效果：本发明能快速设计出面向工业作业的AR指令，以此为基础可以实现具有增强现实效果的工业作业辅助引导，能有效提高工业作业效率与质量，适应复杂多变的工业作业。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种工业作业增强现实指令设计系统及方法的AR指令结构层结构图；
图2为本发明实施例提供的一种工业作业增强现实指令设计系统及方法的AR指令状态层结构图；
图3为本发明实施例提供的一种工业作业增强现实指令设计系统及方法的AR指令连接层结构图；
图4为本发明实施例提供的一种工业作业增强现实指令设计系统及方法的AR指令内容层结构图；
图5为本发明实施例提供的一种工业作业增强现实指令设计系统及方法的AR指令总体结构图；
图6为本发明实施例提供的一种工业作业增强现实指令设计系统及方法的AR指令设计过程流程图。
具体实施方式
下面结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
AR可以同步物理空间上的信息空间，实时显示任务相关信息，避免作业人员来回切换视觉认知，能有效提高作业效率与质量。但是该技术目前还只停留在探索阶段，并未能在复杂产品工业作业中实际应用，主要是因为AR引导技术还不能很好地适应现有的复杂工业作业。在此背景下，本发明专利提出一种工业作业AR指令设计方法，能针对场景快速设计出AR指令，以适应复杂多变的工业作业，从而为作业人员提供实时同步的现场指导。
参照图1-6，本发明提供了一种工业作业增强现实指令设计系统及方法，
1.结构层：为了能针对不同场景进行快速设计，AR指令本身需要有一个合适的结构，通过这个结构并结合场景的需要，能快速组织并填充AR指令内容，设计出AR指令。
根据工业领域中作业人员作业特点，将指令分为三个层次：作业流程、作业步骤、作业动作。下面对三个层次分别从定义，关系以及属性来进行描述：
作业流程指的是完成一项作业的全部作业内容；作业流程包括多个作业步骤；作业流程的属性有：作业名称，作业版本；
作业步骤是指一个或一组作业人员在同一地点进行的作业；作业步骤可划分为多个作业动作；作业步骤的属性有：步骤序号、步骤内容、作业场景模板、是否为关键作业步骤、是否为强制作业步骤、步骤工时；
作业动作是按照一定方式分类而成的单独的一项动作；作业动作不可再分，一个或多个作业动作构成一个作业步骤；作业动作属性有：动作序号、动作内容、是否为关键动作、是否为强制动作、动作状态类型。
2.状态层：在复杂多变的工业作业中，只考虑正常作业的情况是远远不够的，还需要在出现问题或者异常时，能够进行及时有效的处理以及在最终作业完成后能进行质量检查。为了适应工业作业中这些特点，AR指令应该要能够支持不同的作业状态。
根据工业领域需求，AR指令设计以下三种作业状态：
正常作业：正常作业是AR指令中的主要状态，在此状态下，系统按照“动作-步骤”的顺序自下而上运行；
质量检查：在作业完成后，可以设置一个或多个动作为质量检查类型，对该步骤的作业质量进行检查；
问题处理：在发现问题之后，进入问题处理状态，在该状态下，系统将会进行诊断，之后再调用并呈现同类型问题的解决方案。
以上状态均属于作业动作的动作状态类型，不同类型状态对应不同的AR内容。
3.连接层：针对复杂多变的工业作业，AR指令需要适应不同的操作环境。而能够适应不同环境的关键，就是AR指令能够很好地管理AR跟踪数据和AR配准参数。
AR跟踪数据：为了不增加人工环境建模的时间，系统使用无标记的跟踪注册方法，使用识别图作为跟踪注册的方式。在确定动作状态类型后，为每个类型添加一张或多张识别图，作为跟踪注册的触发标志，当系统识别到对应图片后，呈现该类型下的AR内容。同时为了保证增强现实良好的识别效果，规定了识别图的属性，具体内容请参考专利《一种面向工业作业操作引导的AR资源动态加载方法》，专利申请号为201910389549.7。
AR配准参数：AR配准参数是指在呈现AR内容时，决定AR内容呈现位置的参数。这直接影响AR呈现效果。对于不同AR内容，AR配准参数有所不同。对于图片、视频和文本，采用模板的方式，即提前设置了场景模板作为步骤的属性，在不同模板中，对图片、视频等配准信息做了预处理；对于模型以及二维文本标记需要进行实时同步配准，需要提供相应的注册位置参数，在经过坐标转换等方法对其进行定位，建立与真实场景的同步配准关系。
4.内容层：为了实现增强现实效果，将指令指导信息融入真实环境，同时考虑不同作业人员接受信息侧重点不同，设计不同的AR内容的信息呈现方式。基于工业作业中的作业情况和目前增强现实可以实现的效果的形式，将指令的AR内容分为五种：二维文本、图片、视频、三维模型、动画。针对不同AR内容，设计不同的属性，并且对于不同属性，根据增强现实系统性能的要求进行相应的约束，确保能产生良好的增强现实的显示效果。AR内容信息呈现方式以及对应属性如下：
二维文本：颜色，字号，字体；
图片：图片像素大小，文件大小，文件格式；
视频：帧率、文件大小、文件格式；
三维模型：颜色、缩放比；
动画：帧率、是否循环；
属性约束的详细内容请参考专利《一种面向工业作业操作引导的AR资源动态加载方法》，专利申请号为201910389549.7。
二、在设计了AR指令的结构之后，对AR指令设计过程/方法进行介绍。AR指令最终以XML文件格式展示。以下是面向工业作业的AR指令设计过程/方法的详细介绍：
1.分析场景需求，将作业内容按照流程-步骤-动作的结构进行划分；将作业内容按照AR指令各级结构的属性填入；
2.决定每个动作的状态。对每个动作选择不同的动作状态，使每个步骤的作业、检查、异常处理动作完整；
3.准备以及填入识别图。根据场景需求，确定作为注册数据的识别图，并通过现场采集或提前准备拍摄等方法获取符合要求的识别图，再将识别图填入不同动作状态中，作为增强现实跟踪注册的依据；
4.准备以及填入各个AR内容。根据场景需求，确定AR内容呈现方式，准备符合要求的各个AR内容，将其填入对应属性中；
5.最后，将以上内容进行组织，形成XML文件。
综上所述，本发明能快速设计出面向工业作业的AR指令，以此为基础可以实现具有增强现实效果的工业作业辅助引导，能有效提高工业作业效率与质量，适应复杂多变的工业作业。
以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种工业作业增强现实指令设计系统，其特征在于，包括：
结构层，用于结合场景的需要针对不同场景进行快速设计，快速组织并填充AR指令内容，设计出AR指令；
状态层，用于支持不同的作业状态，在出现问题或者异常时，进行及时有效的处理，并在最终作业完成后进行质量检查；
连接层，用于AR指令管理、AR跟踪数据和AR配准参数，以适应不同的操作环境；
内容层，用于实现增强现实效果，将指令指导信息融入真实环境，同时考虑不同作业人员接受信息侧重点不同，设计不同的AR内容的信息呈现方式。
2.如权利要求1所述的一种工业作业增强现实指令设计系统，其特征在于，在所述结构层中，根据工业领域中作业人员作业特点，将指令分为三个层次：
作业流程：是指完成一项作业的全部作业内容；
作业流程包括多个作业步骤；
作业流程的属性有：作业名称、作业版本；
作业步骤：是指一个或一组作业人员在同一地点进行的作业；
作业步骤可划分为多个作业动作；
作业步骤的属性有：步骤序号、步骤内容、作业场景模板、是否为关键作业步骤、是否为强制作业步骤、步骤工时；
作业动作：是按照一定方式分类而成的单独的一项动作；
作业动作不可再分，一个或多个作业动作构成一个作业步骤；
作业动作属性有：动作序号、动作内容、是否为关键动作、是否为强制动作、动作状态类型。
3.如权利要求1所述的一种工业作业增强现实指令设计系统，其特征在于，在所述状态层中，根据工业领域需求，AR指令设计以下三种作业状态：
正常作业：正常作业是AR指令中的主要状态，在此状态下，系统按照“动作-步骤”的顺序自下而上运行；
质量检查：在作业完成后，设置一个或多个动作为质量检查类型，对该步骤的作业质量进行检查；
问题处理：在发现问题之后，进入问题处理状态，在该状态下，系统进行诊断，之后再调用并呈现同类型问题的解决方案。
4.如权利要求1所述的一种工业作业增强现实指令设计系统，其特征在于，在连接层中，
所述AR跟踪数据为：使用无标记的跟踪注册方法和识别图作为跟踪注册的方式；在确定动作状态类型后，为每个类型添加一张或多张识别图，作为跟踪注册的触发标志，当系统识别到对应图片后，呈现该类型下的AR内容；
所述AR配准参数：是指在呈现AR内容时，决定AR内容呈现位置的参数；对于不同AR内容，AR配准参数有所不同；对于图片、视频和文本，采用模板的方式，即提前设置场景模板作为步骤的属性，在不同模板中，对图片、视频的配准信息做了预处理；对于模型和二维文本标记进行实时同步配准，提供相应的注册位置参数，再经过坐标转换对其进行定位，建立与真实场景同步的配准关系。
5.如权利要求1所述的一种工业作业增强现实指令设计系统，其特征在于，在内容层中，基于工业作业中的作业情况和目标增强现实实现效果的形式，将指令的AR内容分为五种：二维文本、图片、视频、三维模型、动画；针对不同AR内容，设计不同的属性，并且对于不同属性，根据增强现实性能的要求进行相应的约束，确保能产生良好的增强现实的显示效果。
6.如权利要求5所述的一种工业作业增强现实指令设计系统，其特征在于，所述AR内容信息呈现方式及对应属性如下：
二维文本：颜色，字号，字体；
图片：图片像素大小，文件大小，文件格式；
视频：帧率、文件大小、文件格式；
三维模型：颜色、缩放比；
动画：帧率、是否循环。
7.一种基于权利要求1所述的一种工业作业增强现实指令设计系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、分析场景需求，将作业内容按照流程-步骤-动作的结构进行划分；将作业内容按照AR指令各级结构的属性填入；
S2、决定每个动作的状态；对每个动作选择不同的动作状态，使每个步骤的作业、检查、异常处理动作完整；
S3、准备以及填入识别图；根据场景需求，确定作为注册数据的识别图，并通过现场采集或提前准备拍摄的方法获取符合要求的识别图，再将识别图填入不同动作状态中，作为增强现实跟踪注册的依据；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191029 |