增强现实机器人操控：物理模型与空间认知提升的创新研究

《International Journal of Human-Computer Studies》：Augmented Reality Robot Manipulation with Physical Mock-up and Improved Spatial Cognition

　　本文系统评估了基于光学透视式头戴显示器（OST-HMD）的增强现实（AR）遥操作系统，通过整合HoloLens2 AR设备、自适应手势控制模块和Franka Emika 7自由度机械臂，显著提升了操作者的空间认知精度与任务执行效率。研究通过30名参与者的实验证明，AR系统在危险环境操作（如灾难响应、危险物质处理）中较传统方法更具直观性和精准度，为高危场景人机协作提供了创新解决方案。

　　

AR-based Robot Teleoperation

先前研究探讨了AR如何通过沉浸式可视化与直观交互界面增强机器人遥操作（Gong等，2025）。基于VR的遥操作虽能提升效率与精度，但将其优势转化至涉及物理对象直接交互的AR系统仍存挑战（Fu等，2023；Nenna与Gamberini，2022；Zhou等，2023）。然而，物理对象操控中的显著挑战在于……

Intuitive Hand Motion Control Module

本系统通过AR手势控制实现机器人操控。为实现此目标，操作者物理工作空间与机器人虚拟工作空间需精确关联并同步呈现，使物理模型与机器人任务空间直接对应。这种对齐对需要精密操控的遥操作场景至关重要。本设计的创新点在于整合1:1物理模型与AR叠加界面，构建混合现实交互环境。

Deployment of the MR control system

所提出的混合现实（MR）系统作为功能测试框架应用于案例研究。从参与者视角，HoloLens2 AR头显用于可视化虚拟控制界面及任务相关对象，同时处理输入指令。HoloLens通过Wi-Fi与Windows主机无线连接，保障实验过程中参与者无束缚移动。系统支持实时操作、数据采集与性能记录。

RESULTS

实验共招募30名参与者（男性17人，女性13人），年龄19-32岁（平均22.3±2.7岁）。所有参与者均接受HoloLens2及手势交互事前培训。实验后调查显示，16.7%参与者出现轻微AR晕动症，其余无不适反应。30人中有2人报告……

DISCUSSIONS AND LIMITATIONS

本研究推进了增强现实在机器人遥操作中的应用，通过MR控制系统显著提升任务表现并降低工作负荷。结合HoloLens2的空间锚定视觉反馈与直观手势控制，系统实现了较传统遥操作界面更自然的交互流程，这与先前强调直观控制需求的研究相呼应。

CONCLUSION

本研究验证了AR遥操作系统及混合模型在提升机器人任务精度与效率方面的有效性。通过整合HoloLens2与Unity引擎的手势控制与MR交互，系统显著优于传统遥操作方法。关键发现表明……