[发明专利]一种机械臂增强现实展示装置的实现方法

说明书

本发明涉及一种机械臂增强现实展示装置的实现方法，该展示装置包含一个机械臂控制显示终端围绕展示品移动，并依据移动位移修改相应展示内容；机械臂为三自由度机械臂；展示内容为实物展品的三维模型和虚拟内容叠加的三维模型内容；本发明适用于制作一个增强现实展示装置，并可用于艺术品展示和文物修复演示。

技术领域

本发明涉及一种机械臂增强现实展示装置的实现方法，该装置具有一个机械臂结构和一个显示屏，通过机械臂控制显示屏围绕展示物品运动，并显示不同的增强现实内容，增强展示的交互性、智能性和丰富展示内容。

背景技术

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是在现实中创造一个虚拟的世界，而增强现实技术（Augmented Reality，简称AR）则是将虚拟融入于现实之中，丰富现实的效果，它借助计算机视觉技术和人工智能技术产生物理世界中不存在的虚拟对象，并将虚拟对象准确“放置”在现实世界中，通过更自然的交互，呈现给用户一个感知效果更丰富的新环境，为用户所看到的真实环境增加计算机生成的信息，包括文字、图表、影像、声音、触觉反馈、GPS数据以至气味，实现对物理现实的信息扩展。

AR技术不仅是一个简单的显示技术，它也是一种人机互动，人与物体互动的一种新的形式。常见的基于计算机视觉的增强现实技术AR，是利用计算机视觉方法建立现实世界与屏幕之间的映射关系，将绘制的图形或3D模型如同依附在现实物体上一般展现在屏幕上。在实现增强现实的过程中，需要对真实的场景和信息进行分析，一方面获取真实场景或图像信息，一方面实时生成虚拟事物信息。

为了让虚拟产生的信息与实物图像相结合，需要结合定位技术，由增强现实程序确定需要添加的三维虚拟物体在增强现实环境中的位置和方向。常见的定位技术包括：

图像检测法：使用模式识别技术（包括模板匹配，边缘检测等方法），识别获得的数字图像中预先设置的标志物，或是基准点，轮廓，然后根据其偏移距离和偏转角度计算转化矩阵确定虚拟物体的位置和方向。

全球卫星定位系统法：这种方法是基于详细的GPS信息进行跟踪和确定用户的地理位置信息，当用户在真实环境中行走时，利用GPS定位信息和用户摄像机的方向信息，由增强现实系统将虚拟信息和虚拟物体精确的叠加到环境景物以及周围的人物之上。

本发明提出一个使用机械臂来进行增强现实展示中定位和互动的方法，由于机械臂控制器可以依据精确位姿测量信息而实现真正的末端全闭环抓取控制，从而可以精准的控制显示终端围绕展示物品环绕、上下、左右移动，并可以获得机械臂末端在空间中的相对位置信息，从而可以根据机械臂末端位置来计算其相对于展示物品的偏移距离和偏转角度，确定虚拟显示内容相对的位置和方向，从而可以实时修改显示终端的图像内容，在观察者视角观看时实现图像与实物景象的叠加效果，从而实现了增强现实展示效果。

本发明针对的是展览展示行业，在博物馆等场景中，展品为确定的物品，所以可以预先测绘展示物体的3D模型，并预先准备不同视角下应叠加的相应增强展示内容，如针对出土文物可叠加虚拟的修复后效果图，从而形成一个虚拟空间中的3D叠加模型。在物品展示时，通过机械臂控制显示屏运动，同时在虚拟空间移动3D模型视角，并实时渲染在显示屏播放，即可实现叠加的增强现实效果。

发明内容

为了能够实现增强现实展示效果，本发明使用机械臂控制终端显示屏围绕展示物品移动，同时在显示屏上展示的三维模型也同步相应移动，从而实现实物展品景象与虚拟模型图像叠加的显示效果。

机械臂由固定基座、旋转移动基座、机械臂下臂、机械臂上臂、伸缩杆、显示终端组成。固定基座与展示物品的位置固定并位于同一平面。机械臂通过旋转移动基座与固定基座之间的无刷电机来实现移动基座的360度旋转，从而实现显示终端围绕固定基座旋转的功能。

机械臂通过机械臂下臂与上臂之间的弧形转轴和电机控制显示终端的上下移动。同时，在显示终端上下移动时，通过机械臂上臂与伸缩杆之间的转轴和陀螺仪，维持显示终端的显示面垂直于基座面及展示物品底座。