Bimanual XR Specification of Relative and Absolute Assembly Hierarchies for Teleoperation

📄 arXiv: 2603.01495v1 📥 PDF

作者: Benjamin Yang, Xichen He, Charlie Zou, Jen-Shuo Liu, Barbara Tversky, Steven Feiner

分类: cs.HC, cs.RO

发布日期: 2026-03-02

💡 一句话要点

提出一种基于双手动XR交互的遥操作装配层级结构规范方法

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 遥操作 XR交互 双手动操作 装配任务 层级结构 相对约束 机器人控制

📋 核心要点

  1. 现有遥操作装配任务缺乏直观高效的层级结构规范方法，限制了机器人的自主性和效率。
  2. 该方法利用双手动XR交互，通过抓取物体创建约束组，并支持相对和绝对约束的层级嵌套。
  3. 相对约束允许机器人自主选择子组件的装配位置，从而优化整体装配效率。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种基于双手动XR交互的方法，用于指定远程装配任务，将其表示为相对和绝对对象约束的层级结构，从而为机器人提供高级遥操作目标。通过双手分别抓取一个对象来创建一个约束组（可视化为外壳），并且可以将组嵌套到层级结构中。每个组可以是相对于其父组的相对约束（具有机器人可指定的6自由度姿势）或绝对约束（具有作者指定的固定6自由度姿势）。相对组指定一个子组件，该子组件可以在机器人软件选择的位置构建，以提高效率，而不是由用户强制指定。

🔬 方法详解

问题定义：现有的遥操作装配任务规范方法通常需要用户精确指定每个步骤的绝对位置和姿态，缺乏灵活性和效率。用户需要手动指定所有细节，限制了机器人的自主性，并且难以适应复杂环境和任务。因此，如何设计一种更直观、高效的层级结构规范方法，以支持机器人自主优化装配过程，是本文要解决的关键问题。

核心思路：本文的核心思路是利用双手动XR交互，允许用户通过直观的方式定义装配任务的层级结构，并区分相对和绝对约束。通过双手抓取物体创建约束组，并允许这些组嵌套成层级结构。相对约束允许机器人自主选择子组件的装配位置，从而优化整体装配效率，而绝对约束则用于指定必须在特定位置完成的步骤。

技术框架：该方法的技术框架主要包含以下几个阶段：1) 用户通过XR设备进行双手动交互；2) 系统识别用户抓取的物体，并创建相应的约束组；3) 用户可以定义约束组之间的层级关系，以及相对或绝对约束类型；4) 系统将用户定义的层级结构转化为机器人可执行的指令；5) 机器人根据指令执行装配任务。

关键创新：该方法最重要的技术创新点在于结合了双手动XR交互和相对/绝对约束的层级结构表示。与传统的遥操作方法相比，该方法允许用户以更直观的方式定义装配任务，并赋予机器人更大的自主性。相对约束的概念是关键，它允许机器人根据环境和任务的实际情况，自主选择子组件的装配位置，从而优化整体装配效率。

关键设计：约束组的可视化表示（外壳）是关键设计之一，它帮助用户理解和管理复杂的层级结构。相对约束的实现需要定义一种机制，允许机器人根据一定的优化目标（例如，最小化运动距离或时间）选择最佳的装配位置。具体的优化算法和参数设置需要根据具体的应用场景进行调整。

📊 实验亮点

论文重点在于提出了一种新颖的交互方式和框架，目前没有提供具体的性能数据或对比基线。其亮点在于概念验证了双手动XR交互在遥操作装配任务中的可行性，并展示了相对约束在提高机器人自主性和效率方面的潜力。未来的工作可以集中在量化评估该方法的性能，并与其他遥操作方法进行比较。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于各种远程装配场景，例如太空站建设、深海设备维护、危险环境下的机器人操作等。通过XR交互，操作人员可以在安全舒适的环境中指导机器人完成复杂的装配任务，提高效率和安全性。未来，该技术有望与更高级的AI算法结合，实现更加智能化的自主装配。

📄 摘要（原文）

We present a bimanual XR interaction approach for specifying remote assembly tasks as hierarchies of relative and absolute object constraints that specify high-level teleoperation goals for robots. Grabbing one object in each hand creates a constraint group (visualized as a hull) and groups can be nested into hierarchies. Each group can be relative (with a robot-specifiable 6DoF pose) or absolute (with an author-specified fixed 6DoF pose) in relation to its parent. A relative group specifies a subassembly that can be constructed at a location chosen by the robot software for efficiency rather than mandated by the user.