[發明專利]一種機械臂增強現實展示裝置的實現方法

在審

• 申請號: 202110175784.1
• 申請日: 2021-02-06
• 公開（公告）號: CN112802207A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 向彥昕
• 申請（專利權）人: 蘇州桃格思信息科技有限公司
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06T15/00;G06T15/04;G06F3/147;B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種機械臂增強現實展示裝置的實現方法，該展示裝置包含一個機械臂控制顯示終端圍繞展示品移動，并依據移動位移修改相應展示內容；機械臂為三自由度機械臂；展示內容為實物展品的三維模型和虛擬內容疊加的三維模型內容；本發明適用于制作一個增強現實展示裝置，并可用于藝術品展示和文物修復演示。

技術領域

本發明涉及一種機械臂增強現實展示裝置的實現方法，該裝置具有一個機械臂結構和一個顯示屏，通過機械臂控制顯示屏圍繞展示物品運動，并顯示不同的增強現實內容，增強展示的交互性、智能性和豐富展示內容。

背景技術

虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）是在現實中創造一個虛擬的世界，而增強現實技術（Augmented Reality，簡稱AR）則是將虛擬融入于現實之中，豐富現實的效果，它借助計算機視覺技術和人工智能技術產生物理世界中不存在的虛擬對象，并將虛擬對象準確“放置”在現實世界中，通過更自然的交互，呈現給用戶一個感知效果更豐富的新環境，為用戶所看到的真實環境增加計算機生成的信息，包括文字、圖表、影像、聲音、觸覺反饋、GPS數據以至氣味，實現對物理現實的信息擴展。

AR技術不僅是一個簡單的顯示技術，它也是一種人機互動，人與物體互動的一種新的形式。常見的基于計算機視覺的增強現實技術AR，是利用計算機視覺方法建立現實世界與屏幕之間的映射關系，將繪制的圖形或3D模型如同依附在現實物體上一般展現在屏幕上。在實現增強現實的過程中，需要對真實的場景和信息進行分析，一方面獲取真實場景或圖像信息，一方面實時生成虛擬事物信息。

為了讓虛擬產生的信息與實物圖像相結合，需要結合定位技術，由增強現實程序確定需要添加的三維虛擬物體在增強現實環境中的位置和方向。常見的定位技術包括：

圖像檢測法：使用模式識別技術（包括模板匹配，邊緣檢測等方法），識別獲得的數字圖像中預先設置的標志物，或是基準點，輪廓，然后根據其偏移距離和偏轉角度計算轉化矩陣確定虛擬物體的位置和方向。

全球衛星定位系統法：這種方法是基于詳細的GPS信息進行跟蹤和確定用戶的地理位置信息，當用戶在真實環境中行走時，利用GPS定位信息和用戶攝像機的方向信息，由增強現實系統將虛擬信息和虛擬物體精確的疊加到環境景物以及周圍的人物之上。

本發明提出一個使用機械臂來進行增強現實展示中定位和互動的方法，由于機械臂控制器可以依據精確位姿測量信息而實現真正的末端全閉環抓取控制，從而可以精準的控制顯示終端圍繞展示物品環繞、上下、左右移動，并可以獲得機械臂末端在空間中的相對位置信息，從而可以根據機械臂末端位置來計算其相對于展示物品的偏移距離和偏轉角度，確定虛擬顯示內容相對的位置和方向，從而可以實時修改顯示終端的圖像內容，在觀察者視角觀看時實現圖像與實物景象的疊加效果，從而實現了增強現實展示效果。

本發明針對的是展覽展示行業，在博物館等場景中，展品為確定的物品，所以可以預先測繪展示物體的3D模型，并預先準備不同視角下應疊加的相應增強展示內容，如針對出土文物可疊加虛擬的修復后效果圖，從而形成一個虛擬空間中的3D疊加模型。在物品展示時，通過機械臂控制顯示屏運動，同時在虛擬空間移動3D模型視角，并實時渲染在顯示屏播放，即可實現疊加的增強現實效果。

發明內容

為了能夠實現增強現實展示效果，本發明使用機械臂控制終端顯示屏圍繞展示物品移動，同時在顯示屏上展示的三維模型也同步相應移動，從而實現實物展品景象與虛擬模型圖像疊加的顯示效果。

機械臂由固定基座、旋轉移動基座、機械臂下臂、機械臂上臂、伸縮桿、顯示終端組成。固定基座與展示物品的位置固定并位于同一平面。機械臂通過旋轉移動基座與固定基座之間的無刷電機來實現移動基座的360度旋轉，從而實現顯示終端圍繞固定基座旋轉的功能。

機械臂通過機械臂下臂與上臂之間的弧形轉軸和電機控制顯示終端的上下移動。同時，在顯示終端上下移動時，通過機械臂上臂與伸縮桿之間的轉軸和陀螺儀，維持顯示終端的顯示面垂直于基座面及展示物品底座。