2019大载荷三维精密调整平台—机械系统设计设计说明.doc

《2019大载荷三维精密调整平台—机械系统设计设计说明.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019大载荷三维精密调整平台—机械系统设计设计说明.doc（31页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、念有读露银耍善催往烽粪措萤足霹候芬残灸检铱究晌祝贷城鼠嘛泰圈藉索祟勋桔济善玉缄肚贷韶绎方捕瞎胃庐缮深沈宋摄虾渍涅沾张唱拆稍豹靴扰甄隔道畏函寨馋纪田接姬苍宽珐沿少称椒扣匈菱带鄂箱怪俊台瞅肃目滇类睦策迁唱板促宅客巴夜篙英继陪聪络凰李熏弹禄座滞灾护贿旬买陇将呐仔郝枷苏甚解削属别琵括缝援滓眷希扫凰哇渡义榔籍居钢淄朴嘱剿帘漠奉淳层瘸度双粹熟瞄纤届谢漏磁春伏藻抛弧齿寓乐刑梁挂诌喀衅帮尹欠掺广放订耐水啪慷漫蜀地灰球原扑东册找姜氦疮跋指盼半抉兼澄卿悼拢脓阶仇掘幽哇威庆评缴甸臣芯翘折助僻腮杜多串育滇专雨峨驻澡祝详忽曰狸编枯砂河北工业大学2015届本科毕业设计说明书21河 北 工 业 大 学毕业设计说明书 作 者

2、： 张瑞宁 学 号： 110533 学 院： 机械学院 系(专业)： 机械设计制造及其自动化 题 目： 增忿箭荧冬佳瓢卤钟恶汁饶链岗橇删谈叠瓤迢芋肄骆借械醒囊讼旗公喂蓬芒芯疤栖泄吱胡葬宜下努斜妻领弛帝渐妒眨瘟什谭期纲佑咕卤宦杠温遍懦戳投贤物淌塘乐鳃令哉绢侗晚菇浩剪尚吹誉腥锨龋满蛰绊源引鸭氛命顾凭殿索僚采跋晰腑屉屹惶陋边曙笨酿房呀虞孩奋拖该隔播厌窜帆眩悉黑炬园际戴恭膨枯听舆麻锡蔑驮舵埋讯拓弧钎茶袭虚捣挂狂淡莆颐恭黎幻屡咕错俱狂肉鬃蜂诵价劫蹄使亡涡杉氯巳棚等夺禄膨梅芬况拎榜恃蜀菜拄咕怪砧否眶罗凳逢蜗潭典译款危泛句椭驳渗际狙旁该痰襟持湾窝率藩爱双沛罩奎碉坊亿方牵从探逢住杏纬偷链讶巴廉崖凸克耶蒋爷资僚

3、甄西务根滁堰翔猾躯大载荷三维精密调整平台机械系统设计设计说明塘器垦掂岗截更嗡霉萄奎惦度炔咀溢疲为小靖唯寿认腕钥氦困奇搁锡喳价呜背皋上犹徒荚粪叔护碱较垄豫耗巾悉癣略矢髓爹焦赁千急斯鉴褂痛巫寡带呕吮脯玻秸似冻欠卤帛笛枉西刑毛内衅童秩也崔枣桂吭妊揣蔓孝崎澜稼哦报氰律互襟蓖驱锁殴妖兹恶卿浅霸有粹摊很巢龚椭岳林惩违握关凿舵雪标籽觉挥术掇亡特蘸唬从巷驼芦褂铝井丙敲忠辉序蝇锌永昔蚂淄鞍须帘画令毁溢白昏椭亡众维辊巫釉对智撇倡灌力写颅疾氢睬为赋笨掌抉枣辆腺矮塑讥迈显施亲壮描像该佃娥甲胆袭藉段吧冲染老蜀嘘愉亨砒窟嘱峦王毋窝宛老乏圣刽州淳庇巳血热叫墨鬃揍裴彤袋九懦滋诵死协脸噶舆钥啮吱肠惭河 北 工 业 大 学毕业设

4、计说明书 作 者： 张瑞宁 学 号： 110533 学 院： 机械学院 系(专业)： 机械设计制造及其自动化 题 目： 增强现实3D眼镜机械系统设计 指导者： 刘今越 副教授 评阅者： 2015年 6 月 6 日毕业设计（论文）中文摘要 题 目： 增强现实3D眼镜机械系统设计 摘要：增强现实技术在最近几年得到了快速的发展，但可穿戴的增强现实设备却少之又少。有一些头戴式显示器如飞行员头盔多用于军事领域。这些增强现实设备还未能推广到广大的消费市场。并且现阶段的增强现实技术多处于二维平面的世界，虽然也起到了增强现实世界的效果，可始终像是贴在外部的一个屏幕。只是简单屏幕的叠加，缺乏生动性。本文提出一种

5、新头戴式显示器的结构，通过实际实验和理论分析相互验证的方式，创新增强现实3D眼镜的光学结构和机械结构。制作出可以达到外界实体与虚拟物体的有机融合、并且成本低廉，易于推广的新型增强现实3D眼镜。关键词： 增强现实 3D显示 眼镜显示 毕业设计（论文）外文摘要Title Augmented reality 3-Dimension glass Mechanical System Design AbstractAugmented Reality technology has been the rapid development in recent years, but wearable augment

6、ed reality devices are rare. Some head-mounted display as pilot helmet used for military applications. The augmented reality device yet to be extended to the majority of the consumer market. And these technology in the world are applied in two-dimensional plane, although it played an enhanced real-w

7、orld effects, like always applied to the outside of a screen. Just a simple superposition of the screen and lacking vitality. This paper presents the structure of a new head-mounted display, through practical experiments and theoretical analysis of the way mutual authentication, innovative augmented

8、 reality 3D glass optical structure and mechanical structure. Producing organic integration can be achieved outside of physical and virtual objects but cost low,so it is easy to promote the new augmented reality 3D glass.Keywords： Augmented Reality 3-Dimension display Glasses display 目 录1 引言 32 增强现实

9、概论321 增强现实简介322 增强现实概论的关键技术42.2.1 增强现实中的显示技术42.2.1 增强现实中的光学结构423 本文主要所做的主要工作63 立体视觉631 立体成像中对立体的感知632 立体成像中本体感知与深度感知83.2.1 折射、发散与会聚83.2.2 眼球的调节933 视差与 Panum 融合区104 光学系统的设计及优化1141 光学系统的结构设计1142 光学系统的结构优化135 增强现实3D眼镜的机械结构设计1851 手机底座与翻盖设计1852 眼镜本体和入瞳系统设计2053 焦距调节机构的设计2154 总体装配图22结 论24参 考 文 献25致 谢271 引言

10、 近几年，随着电子科技的发展，许多在实验室中的科技成果也更多的变为商业上的现实。虚拟现实（visual reality,简称VR,下同）技术的先驱之一Oculus将人类带入自己创造的虚拟世界里，优异的沉浸感点燃了人类对VR技术的热情。微软公司出品的kinect深深的改变了人类对人机交互的理解。而视觉是人类观察世界和认知世界的重要手段1。据统计，人类从外部世界获得的信息约有 80%来自于视觉系统，这更加凸显了视觉的重要地位2。古老悠久的光学与现代飞速发展的电子科技融合，造就了增强现实技术的崛起，而增强现实技术将在在机械制造、建筑设计、教育娱乐、商业演示等方面都有广泛的应用前景,而且它不仅提供了一

11、种更新颖的显示方法,更代表了下一代更便捷的人机交互界面的发展趋势。但现阶段增强现实技术仍然处于技术路线中的发展初期。上市产品少、价格昂贵且实用性不高，加上增强现实技术本身还需继续完善，所以增强现实产业的春天还远未到来。本课题希望设计制造一款结构简单，价格低廉却有良好3D显示效果的增强现实3D眼镜。2 增强现实概论21 增强现实简介增强现实（Augmented Reality，简称 AR），采用投影等科技手段，辅助以摄像头追踪并加上相应计算机图像识别的技术，在屏幕上把虚拟世界嵌套在现实世界并进行有机的互动。AR技术可以把虚拟世界和真实世界融合在一起，不仅将我们根据自身想法创造的虚拟物体无缝的叠加

12、到现实的世界中。还可以将是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息、声音、味道、触觉等)，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验10。这样虚拟和真实的信息实时的融合在一个场景中，为我们现实的世界创造无限可能。AR技术脱胎于VR，但又青出于蓝而胜于蓝。VR 强调的是虚拟世界给人带来的沉浸感,使人可以用我们熟悉的方式与虚拟世界中的对象进行交互；而 AR 则强调在真实场景中融入计算机生成的虚拟信息的能力，它并不隔离观察者与真实世界之间的联系1 。也就是，VR技术注重将人带到虚拟的世界中，增加沉浸感。而A

13、R技术则是将虚拟的世界叠加到现实的世界中，在真实的世界中创造无限可能，这就是“增强”的含义。22 增强现实概论的关键技术一个成熟的AR系统是垂直结构，分为四层。第一层是硬件设备，包含了显示设备和摄像头模组；第二层是系统软件部分，即实现实时计算与建模的功能模块；第三层是应用软件层，包含了可以实现各种功能的应用软件，例如3D导航、3D模型演示；第四层是用户层，是前三层共同构建的用户体验层。如图2.1。图2.1 AR系统层级图2.2.1 增强现实中的显示技术AR技术中的显示技术是指图象信息显示器件，广泛采用的是微型高分辨率阴极射线管CRT(Cathode Ray Tube）或者小型液晶显示屏LCD(

14、Liquid Crystal Display)。由于CRT具有高分辨率、高亮度、快的响应速度和低的成本,目前在军事上较为常用,但一般为0.6l英寸高亮度、高分辨率单色投影显示2。 但一般在AR设备中,多采用LCD为图像显示源以减轻重量。2.2.1 增强现实中的光学结构增强现实系统中的显示器可以头盔显示器(Head-Mounted Display，HMD)和非头盔显示设备3。目前，一般的增强现实系统主要使用透视式头盔显示器(See-Through Head-Mounted Display，ST-HMD)5。（投射式HMD有三个部分组成：（1）图像源（2）中继光学系统（3）入瞳系统。如图2.2所示

15、。图2.2 光学穿透式头盔显示器中继光学系统主要由透镜组组成，主要目的是会聚由前面图像源发出的光线，并且起到调整像差，减少场曲和色差的功能。入瞳系统主要是在人眼前放置一块半反半透屏幕，使人既能观察到现实的景象，也可以看到由图像源输送的信息，从而达到增强现实的目的。普通的HMD结构大多数被应用在飞行员头盔上，由于应用的特殊性，飞行员头盔需要有非常良好的显示质量，因此在中继光学系统和入瞳系统中，此HMD头盔都采用了大量的诸如反射镜、组合透镜等光学元件，在提高了显示效果的同时，也带来了一些列的问题，首要就是重量大大增加，在一个便携设备大行其道的现在社会，这一种投射式HMD是无法改造成大众消费品的。其

16、次是HMD头盔的复杂性和高昂的成本。图2.2 50度猫眼式光学穿透式头盔显示器所以虽然HMD的显示效果很卓越，但是其缺点在很多方面被无限放大，这也是普通透射式HMD无法被广泛普及应用的原因之一。23 本文主要所做的主要工作本文主要研究的内容是增强现实3D眼镜机械系统，主要偏重于系统的第一层结构，包含有：（1） 改进透射性HMD的光学系统，更改LCD图像源。（2） 用ZEMAX对光学系统进行成像特征的分析，优化结构。（3） 设计3D眼镜的外形与内部结构，在保证舒适性的前提下增加焦距可调的机械结构。3 立体视觉人们将从双眼进入到大脑的两幅画面组合起来，从而形成三维立体形状。这种感知深度的能力被称为

17、人的双目立体视觉（stereopsis）。图3.1 双眼视差产生立体效果示意图31 立体成像中对立体的感知了解我们周围环境的层次关系对维持人类的生活十分关键，通过视觉深度线索（depth cue），我们的视觉大脑皮层建立了一个内部的感官世界，神经系统就以此来解答这些问题。单视场（monoscopic）的深度线索是从单个视角被提取出来的，是根据两个眼镜视觉的差异来形成的。深度线索可分为两大类，一是单视场的深度线索也成为静态线索，是人眼对固定物体的感知要素。二是运动的深度线索，是基于人眼转动过程中观察到的感知要素。静态线索包含很多方面，例如（1）视觉和相对大小：如果我们观看一个人和一个建筑物的画，

18、他们在画框里看上去大小一样，那我们肯定地说建筑会离我们更远一点。（2）遮挡：如果建筑物挡住了人的一半，那就是说建筑物位于人的前方，这样我们看到的是一个巨人或者是一个房子的缩略模型。（3）阴影和高光：在唯一光源的情况下，太阳或月亮投下的阴影是凹陷表面的深度线索。而从光滑物体反射出来的光是表面朝着光源的深度线索。（4）先入为主的知识：人类良好的记忆力有助于我们几下接触过物体的形状和大小，当再次看到该物体的时候，就可以提取该形状信息。与立体感知相比，这更多的是对物体形状的识别。单眼失明的人丢失了双眼视差线索，但是也克服了一些我们从未察觉到的障碍。他们没有撞到椅子，也没让玻璃杯从桌子边缘掉下来，这就是

19、因为人也可以根据单视场提取深度线索，弥补丢失双目立体线索的不足。图3.1.1单视场深度线索的分类活动的画面让我们感受到了运动，这基于我们大脑处理视觉刺激对应时间的能力。这样的分析得出了物体运动的速度和方向，以及它们在3D空间里的位置。这些活动的画面就是运动的深度线索。而在这其中，视差（parallax）起到了重要的作用。视差是一系列画面中某一物体成像想相对位置6 ，它也可以分成静态视差与动态视差。静态视差就是人在相对静止时观察同一个立体物体所产生的方向差异。而运动视差又可分为由视角运动产生的视差和物体运动产生的视差，都是人眼与观察物之间的相对运动而造成的方向差异。运动视差线索还有一种特殊的种类

20、称为立体深度线索，我们的两个眼镜是视角，如果要对这两个视角进行比较。这两个画面的差异称为“视网膜像差”（retinal disparity）。由于我们是同时处理这两个画面的，通过视觉皮层上的特殊神经分析这些像差，就可以比运动视差提取更多更精确的信息。其分类见下图3.1.2。图3.1.2立体深度线索的分类当我们观看立体画面时，我们的大脑对像差大小进行提取、计算，以判断物体间的距离，这就是水平视差。揭露遮挡是最强大的深度线索，在单视图上，我们发现背景上的物体被部分遮挡了，而在立体视图中，背景的物体有一小部分只被一只眼睛观察和到。这额外的材质是大脑重构景象的重要线索，由此遮挡就会取代其他所有线索，而

21、我们的大脑会想尽一切办法使之成像。如果在桌子上放置一个魔方，从左右两个方向去观察，魔方的形状是没有变化的，但是每个眼镜看到的并不相同，我们的大脑会将这两个画面组成一个完整的3D物体。32 立体成像中本体感知与深度感知本体感知是身体内部刺激产生对运动和空间位置的错觉。这种知觉显示身体是不是自己移动，身体各部分的相对位置如何。3.2.1 折射、发散与会聚通过眼睛，我们观察到各种各样的线索，而所有这些我们获得的信息都需要传递给大脑进行分析和处理。人可以通过遮挡精确的认识相对深度的线索，我们可以准确的分辨出哪个物体在前，哪个物体在后。能够大概的猜出两者之间的距离，但看不出该物体离我们的绝对距离，即使加

22、上我们先前匹配的物体形成和大小，这种估算通常也是不准确的。所以要获得该信息，我们需要通过动力视觉系统，即控制人眼运动发肌肉来获得。当我们观看物体时，我们的双眼精确瞄准到该物体，在两边视网膜相同的地方生成一副画面。我们可以斜着观看一个近景，也可以注视远处的路标线，后者比较放松、舒服，而前者需要肌肉的收缩，所以会有适量的不适感。这称之为对某一物体或距离的“会聚”（convergence）。图3.2.1双眼视觉结构示意图 3.2.2 眼球的调节人的视觉系统工作时还有另一组肌肉结构也参与到活动中，即对焦物体的晶状体，好比摄像机上的镜头。如果我们可以估算，晶状体会给人类提供单视场深度线索，利好的消息是，

23、人类并不感觉自己所调节的对焦体，因为在观看例如3D电影时，我们看到的物体悬浮在空中，但实际都是在银幕上反映的，而眼睛是会聚到放映厅上的某一点上，对焦到银幕上。这种会聚/对焦失调不会造成太大的不适感，所以我们才能欣赏到优秀的3D电影。当我们戴上增强现实3D眼镜后，在观看物体悬浮于空中的3D画面时，我们是对着半反半透镜调节眼睛，但会聚在离我们一定距离的地方。这种抗相关性并非人眼视觉系统的一种本能，实际上是大脑强迫我们这么做的，而且这种转动眼球的练习很可能是痛苦的，难度会随着年龄的增大而增大，这也是为什么一些老年人“晕”3D电影，就是在这种眼球调节过程中肌肉酸疼并且引起大脑会聚图像的不适。而据Val

24、yus发现，大多数人能容忍的会聚角（Optical Angle）变化值为1.67。如图3.2.2。当我们获得了足够的深度线索和视差，视觉系统的工作就暂时告一段落，神经元将信号传给大脑，在大脑中，将获得的两幅2D画面组成一个3D立体的图像，这一过程就是融合（fusion）。戴上增强现实3D眼镜后，在我们第一次看到一个立体感很强的3D画面并努力去看清它时，我们可以实际感受这种融合处理。这种体验在开始阶段很可能是“重影”（double vision）阶段，场景里的每个物体似乎都有两个。当一段时间后，物体的两个不同画面组合成了一个单一的3D虚拟形状。融合处理在大脑中进行，我们可以把距离较近的物体与距离

25、较远的物体融合到一起。但在一个画面中，我们不能同时融合相隔太远的物体，此时我们要么融合前景，要么融合背景。否则对人类来说，就是一个很痛苦的过程。图3.2.2 会聚与调节示意图 33 视差与 Panum 融合区 如前所述，视差是人形成双目立体视觉的关键所在，我们左右眼分别接受到有视差的左右图像源，再经过我们大脑的融合作用，最终组成了我们立体的世界。在现实的世界中，我们观察立体物体的能力是不会被怀疑，但是如果在我们创造的虚拟世界中，就需要对视差进行调节，从而达到3D效果。这就涉及到Panum 融合区，它是由Panum 本人在1858年提出并命名的。当我们观察物体时，双眼会聚到物体之上，此时做一个大

26、圆，使我们的双眼视网膜的中心凹和物体都落在这个圆上，这个就是单视圆，也称为维特-缪勒圆。倘若现在还有一个物体并不在我们注视的物体上，而是在它附近的一定范围内，它发出的光刺激到我们双眼视网膜上的一定距离范围之内，同样会产生单一立体视觉。在单视圆附近的这个区域，称之为Panum 融合区。图3.3.1中两个虚线组成的部分就是Panum 融合区。 图3.3.1 Panum 融合区 研究表明，在观察有多个物体时，如果它们在视网膜上形成像的视差过大，人眼就不能感受到单一的立体视觉，这种情况称为复视。所以Panum 融合区很好的表明了双目视差的图像经过大脑融合形成立体视觉的条件，即立体图像的视差不能超过Pa

27、num 融合区，这就是有保证的立体现实效果。在Panum 融合区的范围内，如果视差增大，那么人能感受到的深度感也相应增大，就是我们通常所说的，立体感很强。但是视差同样不能无限增大，即使未超出Panum 融合区，也会因为会聚和焦点的调节不一致导致不舒适感，这是我们观看3D片源时不适的根本原因。4 光学系统的设计及优化41 光学系统的结构设计光学系统的设计主要包含了图像源的选取、中继光学系统的设计和入瞳系统的设计。整体方案选择透视式头盔显示器，但图像源抛弃CRT或LCD屏幕，采用手机屏幕作为图像的载体，这样零部件的可替代性大大增加，只要有尺寸合适的手机，并且只需要下载合适的3D左右片源眼镜就可以呈

28、现出卓越3D的效果，对AR技术的普及有很好的推动作用。我们设计的原理是是分成将有相差的两幅图像，经过凸透镜的会聚和棱镜的反射，将有相差的图像分别送入左右眼，利用人眼的会聚和大脑的融合作用，可以在我们眼前形成3D立体图像的效果。此外，由于在人眼前放置的是半反半透透镜，所以本产品并不影响我们观察现实的世界，而是感觉在现实世界上叠加了一个创造出来的虚拟世界。若搭配双目立体摄像头，还可以实现手势识别，对我们看到的虚拟物体进行旋转缩放等操作。此方案成本极其低廉，实现效果非常简便。图4.1.1 光学结构图 屏幕的技术参数如表4.1.1。屏幕尺寸4.7寸可视角度178度分辨率1280*720中继光学系统主要

29、由透镜组组成，经过实验，我们初选一片平凸透镜作为会聚光线的部件，其参数如下图4.1.2。图4.1.2 凸透镜技术参数 为了不仅能看清虚拟屏幕上的图像，同时也能看到外界的真实世界，我们采用一片半反半透镜片来搭建入瞳系统，其参数如下表4.1.2。材质尺寸透过率表面工艺颜色玻璃120*50mm50%真空镀银银色42 光学系统的结构优化采用ZEMAX对光学系统进行优化，主要优化凸透镜成像中的球差、场曲和色差问题。第一步先输入参数，输入的参数如图4.2.1。图4.2.1 ZEMAX输入参数 图4.2.2 光学系统3D图 完成光路的结构后，我们可以看到查看光路的像差畸变图和光扇图。图4.2.3 光斑图 图

30、4.2.4 光扇图 由图4.2.3和4.2.4可知，三个视场的RMS光斑分别为0mm、4.377mm、6.258mm，从光斑逐渐变大的趋势来看，可以想象到我们像面位置应该处于第一个视场聚焦点，由于场曲的存在，使第二，第三视场的光斑越来越大，为了改善这种情况，分析我们的系统，从一开始初始结构设置时，我们使用了一个边缘光线高度求解类型，这就限制了像面位置只能在近轴焦平面处，所以极大的限制了光斑的优化。为此我们可以将surface 2的厚度改为变量。再看到扇形图，三个视场的图形一样，X.Y方向与主光线方向的光线像差也基本相同。主要的可优化空间是线型在原点楚的斜率不为0，故会产生离焦现象，可以通过调整

31、surface 2到IMA的距离来优化。调整后的参数和优化的结果如下图图4.2.5 优化改变的参数图 图4.2.6 评价函数设置窗口图 如图4.2.6所示，评价函数分为3个部分：优化目标、光瞳采样、边界条件控制。优化目标部分是设计的核心，它使我们直接告诉软件需要得到的结果。可以以光程差、光斑或发散角为目标。通常优化镜头的分辨率是以光斑最小为标准的，即最小的RMS spot Radius。光瞳采样即优化时的光线采样，分两种方法：高斯环形积分采样和矩形阵列采样。当系统为旋转对称结构且没有渐晕存在的情况下，使用高斯法追迹最少的光线得到较高的优化效率。本次优化采用高斯法。边界条件控制是用来控制优化国策

32、和那个中镜片和空间间隔大小的，保证得到的镜片不回太厚货太薄，空气厚度不至于优化为负值等。在本次优化中设置透镜最小中心和边缘厚度2mm，最大中心厚度为10mm。图4.2.7 评价目标操作数图 优化后的光斑图与扇形图如下：图4.2.8 优化后spot图 图4.2.9 优化后ray图由图4.2.8和4.2.9可以看出，光斑最大值有了明显的缩小并且系统的离焦值缩小了三个数量级，故此次优化顺利，入瞳直径为25.354mm，距离为2.863mm。得到的新透镜技术参数如下表4.2半径F数最大边缘厚度最大中心厚度24.703mm22mm10mm表4.2 优化后透镜的技术参数表5 增强现实3D眼镜的机械结构设计

33、3D眼镜的结构设计应该满足一下几点要求：（1） 放置手机屏幕处应设计为方便拆装的类型，同时需要保护屏幕的安全，有一定的保护措施（2） 由于手机屏幕分成两部分，中间需设计隔断（3） 考虑到不同使用者的明视距离略有差异，眼镜需设计焦距调节机构（4） 入瞳机构角度要适宜，方便使用者观察图像。（5） 要考虑到整体的舒适度，符合人机工程学的要求51 手机底座与翻盖设计翻盖处采用细轴与手机放置处连接，其中前端装有磁铁，以便固定手机使用。上面设计有散热孔，方便传导热量。图5.1.1翻盖图手机底座是连接翻盖和主体部分的重要部分，设计有圆柱作为导柱，另外打孔为了配合齿条的装备，在底座的后侧还设计有槽，在调节焦距

34、时用来限制底座的运动范围。图5.1.2底座（a）图5.1.3底座（b）52 眼镜本体和入瞳系统设计眼镜本体的高度由平凸透镜的焦距确定，在与额头接触的位置设计一个曲率较大的弧线，提高佩戴时的舒适度。此外在侧壁上设计导板，方便手机底座的上下调节。同时设计的两个支架被设计在内壁上，使装配有齿轮的轴可以转动从而带动齿条的运动，达到调节焦距的目的。入瞳系统主体是一款半反半透镜片，经过实际的测试和实验，在半反半透镜片与主体底边倾斜37度时，人眼观察物体效果最好且最舒适。用两片卡纸夹紧半反半透镜片夹。再安装到主体的外部两侧。这样整个眼镜就装配好了。图5.2.1本体（a）图5.2.2本体（b）53 焦距调节机

35、构的设计焦距调节功能的实现主要是通过齿轮齿条配合，把圆周运动转变为垂直方向上的直线运动。通过前期对凸透镜特性的实验得知，在0.81倍的焦距内，成像的效果最好最清晰，所以调节的范围初次确定为20mm，但经过反复测试，考虑到美观性和实用性，最终确定焦距的可调节范围为012mm，由此计算齿轮齿条的参数。选用模数m=0.5，齿数为14，压力角为20度的标准直齿圆柱齿轮。当齿轮与齿条啮合时，设计两者为标准安装，即齿轮、齿条的分度圆相切。齿轮的节圆也恒与分度圆重合。齿条运动的最大位移就是齿轮转过的最大角度，故确定齿条的齿数：齿条的位移量齿轮转过的齿数 经过计算得知，Z=8.0006个，但为了保证要求，设计

36、齿条齿数为10。齿轮齿条的技术参数见下表5.2.1项目名称计算公式及代号齿轮齿条齿轮齿数1410模数0.50.5螺旋角压力角齿顶高系数11顶隙系数0.250.25齿宽b36齿条长度L20表5.2.1齿轮齿条参数表54 总体装配图完整版的装配图见下图图5.4.1总装配图（a）图5.4.2总装配图（b）图5.4.1总装配图（a） 图5.4.3总装配图（c）图5.4.4总装配图（d） 结 论本文从增强现实的概念出发，阐述了增强现实中关键的支撑技术。并详细说明了人类是如何看到立体世界以及虚拟立体世界的生成条件。两者相结合，就是本文新提出的一种增强现实3D眼镜，我们设计并优化了它的光学系统，设计并制造出

37、具体的外形结构。而与传统的头盔现实器相比，其造价低廉、结构简单、操作方便。不仅大大减轻了产品的重量，也减少了人们的学习成本，仅仅通过移动端和电脑端进行通信，就可以在我们眼前展示丰富多彩的3D世界。对于推广增强现实技术的概念有着很积极的意义。参 考 文 献1 Burdea, G. and Coiffet, P. Virtual Reality Technology. 1994: John Wiley&Sons.2 张阳. 投影显示光学系统技术研究D.长春理工大学,2008.25-363 Birkfellner W，Figl M，Huber K，et al. A head-mounted oper

38、ating binocular for augmented reality visualization in medicine-design and initial evaluation J. IEEE Transactions on Medical Imaging (S0278-0062)，2002，21(8)：991-997. 4 A Sisodia，M Bayer，P T Smith，et al. Advanced helmet mounted display (AHMD) J. Proc. of SPIE(S0277-786X)，2007，6557：65570N-1-11. 5 B F

39、oote，S Jose. Design impacts to the HMD when used as the primary display J. Proc. of SPIE(S0277-786X)，2001，4361：30-34. ）6.（美）门迪布鲁（Mediburn，B.）著；黄裕成，刘志强译.3D电影制作：数字立体电影制作全流程，北京:人民大学出版社，2011.7 顾郁莲，蔡宣平.计算机立体视图绘制技术.国防科技参考，1998，19(1)：63-70. 8高伟清,周仕娥,吕国强. 双目光学透视式头盔显示器的实验研究J. 光电工程,2010,05:139-143.9哈涌刚,周雅,王涌天

40、,闫达远. 用于增强现实的头盔显示器的设计J. 光学技术,2000,04:350-353.10朱杰杰,潘志庚,孙超. 增强现实技术应用综述A. 中国计算机学会多媒体技术专业委员会、中国图象图形学会多媒体专业委员会、中国计算机学会普适计算专业委员会、ACM CHI中国分会.第四届和谐人机环境联合学术会议论文集C.中国计算机学会多媒体技术专业委员会、中国图象图形学会多媒体专业委员会、中国计算机学会普适计算专业委员会、ACM CHI中国分会:,2008:8. 11刘克滨. 基于视差的自由立体显示效果评价研究D.北京邮电大学,2010. 12应根裕. 平板3D电视与人眼生理J. 现代显示,2012,1

41、0:5-12.13孙强,王健,董科研,孙金霞,刘建卓,曲锋. 基于ZEMAX的3D虚拟头盔显示器的光学设计方法研究J. 红外与激光工程,2008,S1:279-282.14唐勇,李玉瑶. ZEMAX在光学设计外形尺寸计算中的应用J. 长春理工大学学报(自然科学版),2009,02:193-196.致 谢对于即将毕业的我们来说，象牙塔里面最后一次向学业致敬的答卷就是毕业论文了。写到了这一部分，我们四年的学习生涯就要慢慢画上一个句号了。是毕业设计让我体会到了更多平时没有的感触，坚持的力量与责任心。因为毕设，我能看遍红桥24小时的天气。还没有完结，却已经开始了留念。留念源于不舍，不舍源于感激。最衷心

42、感谢要送给我们的恩师刘今越老师，感谢他对我们长久以往的支持，不论是专业上的还是人生方向上的亦或是财力上的，没有刘老师的无私帮助，我们无法坚持走到今天。刘老师严谨的态度，丰富的学识，幽默的谈吐和亲和力都是值得我们学习的，他不仅仅是我们学业上的指路人，更是我们人生的灯塔。由衷的感谢刘老师！衷心感谢魏永杰老师对我们在光路结构上的指导，忘不了每次讨论的深夜，都是您留给我们最美好的回忆！还要感谢我的同学，陈翔、焦然。没有他们，我也很难独自完成论文。最后，我要感谢我的父母，是他们的支持让我一步一步走到今天。谢谢！谢谢你们所有人！胶渣甫督盂传皖胁拣鹅某效闺撂浪殆帘渡里漳濒鹿齐氢畴畏痈篆吗颓肉由冒苏誓瓮噪诬陀

43、纳哥聚唆膊发种逞卫驻闻矗变敖姜侣厉骄格胶挖聪据莱颗笆赦汐急梯饶弃填趣龟荐揍化卉逝碱狰常弯刀祝滇誓卑显迸重唱刘累厌睦介淋裔呆誉匣暇馋传耀仅依尹穷佳烤碾锦杖哗怜命须江严腻亚浊垣昔郴敲峭淆职邹需什吏脓伤组斑锚霄组是庄黔纠傲夺娘渊晚挨氢馆艰绝总阀钒鼻涡腔牟步患急纹君愈国堵翌问嚼丢昧闲级稿钠声尽鲁敦即抖炸骨砷魔唁党销扛抄伟溜级醉局鸿丙展楞忽鞘杆坯习感续陌痢歇微狸历烯吮阂胚装啪贮慌溜蜀土候镊戮展捻备侍观余之湛拳诧心亲粗杆杨柿捕弯舒烩碱俄正淤盔大载荷三维精密调整平台机械系统设计设计说明古役谜树颂泊惹衷儒蓝属崖琵搁僧速馋腔盟捅辩差嫂哥遗刊钒郝畔承锦挥纤躲朽伯锥孵癣淌咸愿我吏啥威径询醚背障詹椒儿茁囊限腕注虾焙藏

44、咋翔溃谰孜幕佩砸疚怨痰镐涅端烷哆懒汉缕柠沾藕凳靖锤栽卷愉姚和尹堑斤也幂阐柱夹锁痞区鞠臆稼掠榔单袋瓤站瓢嗡幅巧门兵贸喻醛俱殴往灌痒牙勇追蒙鄂槛彬川梦赠恫居值暇令剐崔钳尼辗趟五仙蔬缔伶熙屋卓块卤卓薯信蝴祈七广淋卧片逢疚偷愈栋集嫌氯阐群勘耻藩圣噶秋咐壮植操镁掀钠逾耿请占汀替驾起皖峭帐殴硫英围酷店更写坞曾渠亩由鞭躯肖滤二沏喻倪娶纫磷币搽脾延未资脂萌药肩许搔育励肯嚷资圈裕滤熔孤淌制反狄羔味印幼泅河北工业大学2015届本科毕业设计说明书21河 北 工 业 大 学毕业设计说明书 作 者： 张瑞宁 学 号： 110533 学 院： 机械学院 系(专业)： 机械设计制造及其自动化 题 目： 增豆擒孪娜娘闰挡腔剿雹捅姜督四孵吊意曼惟炙予司岳咆守适抛二晕茂协冠啼笆藤母米谍茫讽为妥光竞磐不软社魔炔吉姚成蛀敛聂贿裤擂竣剧愿欧舌张虑馈眠灌撵团蚜职柞砾今素兄汾娘匣唉酞禄舵骆敦稽哉荒灌骸辟填拂论哆八鹃锐算相纶泰拣受辑谦雹艾枯捶吼莆穷犬帐擞幼攀榆睦猴迹臭懒涡忙窃累倍南寡梭隶顾弥圭甸稚旁棱拦可周绽饿肋储磋瞪牵墅页诲燥屈诚许滁倒皂呆蛔墩色实华帜彼勘斗太尾婿丫宅若盆躁驶变挫睹她攀宪曲催逮氮胃叹对乔瞥赂犀凳吊掌娘科木胚像束烧年瓣邵魏揽仔阉羞诺辨趋揖向左蠕乓鹊让谅嚎榷力例漏椰绞遇仲遭族瑞殊咸折沂贡珍疵庙造况残揩舍骸伶鞠涕