CN117555136A - 肩托式ar头显设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种肩托式AR头显设备，包括AR眼镜、枕骨托部、颈托部、肩托单元、处理器、电池单元、第一和第二图像采集单元，AR眼镜与枕骨托部连接，枕骨托部与颈托部活动连接，枕骨托部可绕第一方向和第二方向相对于颈托部转动，肩托单元与颈托部连接，处理器设置在肩托单元和颈托部，或处理器设置在肩托单元；电池单元设置在肩托单元；第一图像采集单元设置在AR眼镜上，第二图像采集单元设置在肩托单元；当头显设备处于佩戴状态时，枕骨托部用于对用户枕骨进行支撑，颈托部用于对用户颈部进行支撑，肩托单元与用户肩部相贴合。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中AR眼镜的稳定性差、承重性差、续航能力低及产品性能不足的技术问题。

Description

肩托式AR头显设备

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种肩托式AR头显设备。

背景技术

AR(Augmented Reality)即增强现实，指的是实时计算摄影机位置及角度，并在摄影机影像之上叠加图像、视频、3D模型等虚拟信息的技术，实现对现实增强的效果。

AR头显是实现AR技术的一类设备，是虚拟信息叠加在现实信息上的载体，一般以眼镜或头盔的形式展现，主要由摄像头、CPU处理中心、光学模组、架托四部分组成。其中架托的表现形式有挂耳式和头戴式(头盔)。挂耳式利用耳朵和鼻梁来支撑AR眼镜的重量，头戴式利用头顶和颈椎来支撑AR眼镜的重量。分体式则将处理中心与眼镜分离，中间用线连接，但是眼镜本身还是属于挂耳式或者轻型头盔结构。

AR眼镜可叠加娱乐、专业维护等民用信息，也可叠加枪瞄、微光/红外视频、无人机通讯等军用信息，为维修、物流、医疗等领域提供便携式服务。

现有AR眼镜的结构设计形式一般分为三种：挂耳式、头戴式和分体式。

(1)挂耳式(以申请号202121946757.1的专利为例)：

如图6所示，所述AR眼镜包括镜架和镜片，镜架包括：

镜框，所述镜框设有安装孔，所述镜片安装于所述安装孔内，定义所述AR眼镜具有平视方向，在垂直于平视方向的平面上，所述镜框具有长度方向和垂直于长度方向的宽度方向；

镜腿，所述镜腿设有两个，两所述镜腿活动连接于所述镜框于长度方向上相对的两侧，所述AR眼镜具有使用状态和收折状态，所述AR眼镜处于使用状态时，两所述镜腿架设于所述镜框于长度方向上相对的两侧，所述AR眼镜处于收折状态时，两所述镜腿收折于所述镜框于宽度方向上相对的两侧。

(2)头戴式(以申请号201821969693.5的专利为例)：

如图7所示，头戴式AR眼镜通常表现为头盔形式，包括盔体、AR眼镜装置、连接装置、减振衬垫；所述减振衬垫固定在盔体内部前端，以对连接装置和AR眼镜装置进行减振，同时将盔体内部空腔分隔为第一容置空腔、第二容置空腔，所述第一容置空腔用以容纳AR眼镜装置和连接装置；所述第二容置空腔用以容纳人体头部；所述连接装置包括牵引杆座和牵引杆；所述牵引杆座上端固定在盔体内部前端；所述牵引杆上端与牵引杆座相连；所述牵引杆下端与AR眼镜装置相连；所述牵引杆可在第一容置空腔上下滑动，带动AR眼镜装置滑入或滑出第一容置空腔。

(3)分体式AR眼镜(以申请号201720513518.4的专利为例)：

如图8所示，分体式AR眼镜一般包括：镜框、插接口和处理器。其中，所述镜框包括用于进行夹持固定的镜腿；所述至少一个镜腿的悬空端端部设有插接口；所述处理器与所述镜框分体设置，所述处理器与所述镜框之间通过第一双向数据线连接，所述第一双向数据线一端连接在所述处理器上，所述第一双向数据线另一端连接在设置于所述镜框中的插接口上。处理器与镜框分体设置，即处理器与镜框是相互分离的。

挂耳式AR眼镜的缺点在于眼镜部分与主机部分同体设置均设置在眼镜镜框上，由于AR眼镜为可穿戴设备，设计时需要考虑佩戴的舒适度，AR眼镜的体积与重量被严格限定。而体积的限制导致了电池的容纳力受到限制，而现有技术中处理器的运算能力在一定范围内与其体积成正比，AR眼镜重量与体积的限定同时限定了眼镜的电能储存能力和处理能力。此外，由于镜框与空气的接触面积也比较小，散热能力也受到制约。

头盔式AR眼镜会覆盖头顶甚至脑袋上半部，体积比较大，重量也比较重，而整个装置重量最后全都由颈部承担。同时也面临为了减轻重量，限制了所用电池的容量，不利于AR眼镜续航和高性能的问题。一般都为捆绑式设计，使用者佩戴起来也不舒服，不能长时间佩戴。

分体式的AR眼镜虽然通过将处理中心与眼镜分离，以保证处理中心的数据处理能力、续航能力和散热能力，这样做的比较好的一点就是减轻头部的重量；但是缺点就是通过数据线连接，在工人作业过程中避免不了数据线被挂住，接头接触不良和电磁干扰等情况发生。

发明内容

本发明提供了一种肩托式AR头显设备，能够解决现有技术中AR眼镜的稳定性差、承重性差、续航能力低及产品性能不足的技术问题。

本发明提供了一种肩托式AR头显设备，肩托式AR头显设备包括：AR眼镜；枕骨托部，AR眼镜与枕骨托部连接；颈托部，枕骨托部与颈托部活动连接，枕骨托部可绕第一方向和第二方向相对于颈托部转动，第一方向与第二方向相垂直；肩托单元，肩托单元与颈托部连接；处理器和电池单元，处理器设置在肩托单元和颈托部，或处理器设置在肩托单元；电池单元设置在肩托单元；第一图像采集单元，第一图像采集单元设置在AR眼镜上；第二图像采集单元，第二图像采集单元设置在肩托单元；其中，当肩托式AR头显设备处于佩戴状态时，枕骨托部用于对用户枕骨进行支撑，颈托部用于对用户颈部进行支撑，肩托单元与用户肩部相贴合。

进一步地，AR眼镜包括AR眼镜镜片、眼镜腿和第一眼镜旋转轴，AR眼镜镜片与眼镜腿的一端连接，眼镜腿的另一端通过第一眼镜旋转轴与枕骨托部连接，眼镜腿可绕第一方向相对于枕骨托部转动。

进一步地，眼镜腿包括第一眼镜腿、第二眼镜腿和第二眼镜旋转轴，第一眼镜腿和第二眼镜腿通过第二眼镜旋转轴连接，第一眼镜腿可绕第一方向相对于第二眼镜腿转动。

进一步地，肩托式AR头显设备还包括旋转器件，旋转器件设置在枕骨托部和颈托部之间，枕骨托部通过旋转器件与颈托部活动连接。

进一步地，肩托式AR头显设备还包括角度传感器、位移传感器和惯性传感器，角度传感器和位移传感器设置在旋转器件内，惯性传感器设置在AR眼镜上，角度传感器用于测量用户头部旋转的角度，位移传感器用于测量用户头部俯仰运动时的形变位移量，惯性传感器用于测量用户行动产生的角速度和加速度。

进一步地，肩托式AR头显设备还包括眼镜存储部，眼镜存储部与肩托单元连接，眼镜存储部具有眼镜存储槽，AR眼镜镜片可绕第一眼镜旋转轴转动并存储至眼镜存储槽内。

进一步地，肩托式AR头显设备还包括柔性颈托单元，肩托单元具有颈部容纳腔，颈部容纳腔用于容纳用户颈部，柔性颈托单元设置在颈部容纳腔内以对用户颈部进行保护。

进一步地，肩托式AR头显设备还包括显示器，显示器设置在枕骨托部内，显示器通过光纤分别与AR镜片和处理器连接。

进一步地，肩托式AR头显设备还包括语音输入设备和声音输出设备，语音输入设备和声音输出设备与处理器连接，语音输入设备设置在肩托单元上，声音输出设备设置在枕骨托部或眼镜腿上。

进一步地，肩托单元包括肩托本体、第一肩托带、第二肩托带、第三肩托带、第一连接带和第二连接带，肩托本体与用户肩部相贴合，第一肩托带和第二肩托带设置在肩托本体的一侧，第三肩托带设置在肩托本体的另一侧，第一肩托带具有第一肩托卡槽，第二肩托带具有第二肩托卡槽，第三肩托带具有第三肩托卡槽，第一连接带依次穿过第一肩托卡槽和第三肩托卡槽实现肩托本体一端与用户之间的固定连接，第二连接带依次穿过第二肩托卡槽和第三肩托卡槽以实现肩托本体另一端与用户之间的固定连接。

应用本发明的技术方案，提供了一种肩托式AR头显设备，该肩托式AR头显设备通过设置肩托单元和颈托部，处理器可设置在肩托单元和颈托部内，也可仅设置在肩托单元内，电池单元也可设置在肩托单元内，利用肩部更加稳定和承重的特点，能增加装配的电池单元的数量以及与处理器相连接的电子设备的数量与体积，从而达到增加使用时长，提升续航能力，增加处理器以提高产品性能的效果；处理器与电池置于肩托单元内，更容易分配质量，散热功能更好；通过在AR眼镜上设置第一图像采集单元一级在肩托单元上设置第二图像采集单元，既能够通过位于眼部的第一图像采集单元采集图像，同时也能够通过位于肩部的第二图像采集采集图像，此种设置方式能够对用户胸前的景象有更好的视角，可以进行更广范围的手势识别，丰富交互手段，与AR眼镜上的第一图像采集单元配合，不同角度的图像采集单元对手和图像定位精度更高，可以使得AR眼镜的操作更流畅。因此，本发明所提供的肩托式AR头显设备与现有技术相比，能够承载更大容量电池，能够长时间佩戴且稳定性更高。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的肩托式AR头显设备的结构示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的肩托式AR头显设备的正视图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的肩托式AR头显设备的侧视图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的肩托式AR头显设备的俯视视图；

图5示出了根据本发明的具体实施例提供的肩托式AR头显设备的后视图；

图6示出了现有技术中提供的挂耳式AR眼镜的结构示意图；

图7示出了现有技术中提供的头戴式AR眼镜的结构示意图；

图8示出了现有技术中提供的分体式AR眼镜的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、AR眼镜；11、AR眼镜镜片；12、眼镜腿；121、第一眼镜腿；122、第二眼镜腿；123、第二眼镜旋转轴；13、第一眼镜旋转轴；20、枕骨托部；30、颈托部；40、肩托单元；40a、颈部容纳腔；41、肩托本体；42、第一肩托带；42a、第一肩托卡槽；43、第二肩托带；43a、第二肩托卡槽；44、第三肩托带；44a、第三肩托卡槽；50、第一图像采集单元；60、第二图像采集单元；70、旋转器件；80、眼镜存储部；80a、眼镜存储槽；90、柔性颈托单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图5所示，根据本发明的具体实施例提供了一种肩托式AR头显设备，该肩托式AR头显设备包括AR眼镜10、枕骨托部20、颈托部30、肩托单元40、处理器、电池单元、第一图像采集单元50和第二图像采集单元60，AR眼镜10与枕骨托部20连接，枕骨托部20与颈托部30活动连接，枕骨托部20可绕第一方向和第二方向相对于颈托部30转动，第一方向与第二方向相垂直，肩托单元40与颈托部30连接，处理器设置在肩托单元40和颈托部30，或处理器设置在肩托单元40；电池单元设置在肩托单元40，第一图像采集单元50设置在AR眼镜10上，第二图像采集单元60设置在肩托单元40；其中，当肩托式AR头显设备处于佩戴状态时，枕骨托部20用于对用户枕骨进行支撑，颈托部30用于对用户颈部进行支撑，肩托单元40与用户肩部相贴合。

在此种配置方式下，提供了一种肩托式AR头显设备，该肩托式AR头显设备通过设置肩托单元和颈托部，处理器可设置在肩托单元和颈托部内，也可仅设置在肩托单元内，电池单元也可设置在肩托单元内，利用肩部更加稳定和承重的特点，能增加装配的电池单元的数量以及与处理器相连接的电子设备的数量与体积，从而达到增加使用时长，提升续航能力，增加处理器以提高产品性能的效果；处理器与电池置于肩托单元内，更容易分配质量，散热功能更好；通过在AR眼镜上设置第一图像采集单元一级在肩托单元上设置第二图像采集单元，既能够通过位于眼部的第一图像采集单元采集图像，同时也能够通过位于肩部的第二图像采集采集图像，此种设置方式能够对用户胸前的景象有更好的视角，可以进行更广范围的手势识别，丰富交互手段，与AR眼镜上的第一图像采集单元配合，不同角度的图像采集单元对手和图像定位精度更高，可以使得AR眼镜的操作更流畅。因此，本发明所提供的肩托式AR头显设备与现有技术相比，能够承载更大容量电池，能够长时间佩戴且稳定性更高。

进一步地，在本发明中，为了方便佩戴AR眼镜，可将AR眼镜10配置为包括AR眼镜镜片11、眼镜腿12和第一眼镜旋转轴13，AR眼镜镜片11与眼镜腿12的一端连接，眼镜腿12的另一端通过第一眼镜旋转轴13与枕骨托部20连接，眼镜腿12可绕第一方向相对于枕骨托部20转动。在此种配置方式下，用户在佩戴时，将肩托单元放置在肩上且与肩部相贴合，AR眼镜通过第一眼镜旋转轴绕第一方向相对于枕骨托部20转动至合适位置并佩戴至用户耳朵上，同时用户的枕骨与枕骨托部相贴合，颈部与颈托部相贴合，从而提高用户使用的舒适度。

作为本发明的一个具体实施例，枕骨托部20通过第一眼镜旋转轴13与眼镜腿12连接，用户佩戴时位于枕骨上部后方并与之紧密贴合，具备绕第一方向和第二方向旋转的能力。其中，第一方向为俯仰方向，即前倾后仰的方向；第二方向为偏航方向，即左右旋转的方向。

此外，在本发明中，用户在佩戴AR眼镜时，由于鼻梁与眼镜间距差异，需要进行微调以达到最好的舒适度，因此，将眼镜腿12配置为包括第一眼镜腿121、第二眼镜腿122和第二眼镜旋转轴123，第一眼镜腿121和第二眼镜腿122通过第二眼镜旋转轴123连接，第一眼镜腿121可绕第一方向相对于第二眼镜腿122转动。在此种配置方式下，当佩戴完成AR眼睛后，如果认为眼镜镜片的角度在观看图像时舒适度未达到最佳程度，通过微调第一眼镜腿和第二眼镜腿之间的角度，可以达到最佳舒适度。此外，在调整后，也可在第一眼镜腿和第二眼镜腿之间设置锁紧单元，可将第一眼镜腿与第二眼镜腿之间的夹角锁定至最佳角度。还可以利用锁紧单元，调整合适角度减轻甚至消除耳朵支撑的压力。

进一步地，在本发明中，为了使得AR头显设备能够灵活适应用户头部运动(包括俯仰以及左右转动等)，可将肩托式AR头显设备配置为还包括旋转器件70，旋转器件70设置在枕骨托部20和颈托部30之间，枕骨托部20通过旋转器件70与颈托部30活动连接。在此种配置方式下，既能够使得AR头显设备灵活适应用户头部运动，同时也能够从物理角度提供头部角度和位移数据，减少只利用视频信息进行定位的计算量。

作为本发明的一个具体实施例，旋转器件70可选用万向轴，枕骨托部20和颈托部30通过万向轴实现连接，从而枕骨托部20能够相对于颈托部30进行前倾后仰动作以及左右旋转动作。此外，作为本发明的其他实施例，也可选用球副作为旋转器件，枕骨托部20和颈托部30通过球副进行连接，从而枕骨托部20能够相对于颈托部30进行各个方向的转动。

在本发明中，为了对整个设备进行定位，可将肩托式AR头显设备配置为还包括角度传感器、位移传感器和惯性传感器，角度传感器和位移传感器设置在旋转器件70内，惯性传感器设置在AR眼镜10上，角度传感器用于测量用户头部旋转的角度，位移传感器用于测量用户头部俯仰运动时的形变位移量，惯性传感器用于测量用户行动产生的角速度和加速度。

在此种配置方式下，角度传感器测量用户头部旋转的角度，位移传感器测量用户头部俯仰运动时的形变位移量，惯性传感器测量用户行动产生的角速度和加速度，处理器分别接收角度传感器、位移传感器以及惯性传感器发送的信号并计算获取设备的具体位置，此种方式通过角度传感器和位移传感器辅助惯性传感器进行定位，能够有效克服惯性传感器的零漂特性所导致的测量精度低的问题，实现更精准的角度和位置定位，提高AR眼镜的精度和稳定性。作为本发明的其他实施例，也可仅采用角度传感器和位移传感器进行设备定位。

进一步地，在本发明中，为了避免分体式AR眼镜存在的容易挂线，容易丢失零件的问题，可将肩托式AR头显设备配置为还包括眼镜存储部80，眼镜存储部80与肩托单元40连接，眼镜存储部80具有眼镜存储槽80a，AR眼镜镜片11可绕第一眼镜旋转轴13转动并存储至眼镜存储槽80a内。

在此种配置方式下，当不需要使用AR眼镜时，通过转动AR眼镜，AR眼镜绕第一眼镜旋转轴转动并最终收纳至眼镜存储槽80a中，眼镜存储槽80a既可以平时保护眼镜镜片，又可以实行一体化设计，避免分体式AR眼镜存在的容易挂线，容易丢失零件的问题。作为本发明的一个具体实施例，眼镜存储槽80a内放置有柔性材料，例如海绵、乳胶等，用于保护不用时的AR眼镜。

进一步地，为了提高用户的使用舒适度，可将肩托式AR头显设备配置为还包括柔性颈托单元90，肩托单元40具有颈部容纳腔40a，颈部容纳腔40a用于容纳用户颈部，柔性颈托单元90设置在颈部容纳腔40a内以对用户颈部进行保护。

在此种配置方式下，当用户在佩戴AR头显设备时，柔性颈托单元90与用户颈部紧密贴合，柔性颈托单元90的材质为柔性材料，例如海绵、乳胶等，能够对用户的颈部提供保护，防止用户佩戴时间过长时影响使用舒适度。

进一步地，在本发明中，为了既能够实现建图同时提高AR眼镜的使用稳定性，可将肩托式AR头显设备配置为还包括微型显示器，微型显示器设置在枕骨托部20内，微型显示器通过光纤分别与AR镜片和处理器连接。

在此种配置方式下，通过将显示器设置在枕骨托部20内，能够提高用户的使用舒适度，此外，在具体应用时，第一图像采集单元50和第二图像采集单元60分别将采集到的图像发送至处理器，角度传感器、位移传感器以及惯性传感器将采集到的角度、位移、角速度和角加速度信息发送至处理器，处理器根据接收到的图像、角度、位移、角速度和角加速度信息对设备进行实时定位与建图，并控制微型显示器输出图像并传输至AR眼镜进行显示。

进一步地，在本发明中，为了提高用户与AR眼镜的交互性能，可将肩托式AR头显设备配置为还包括语音输入设备和声音输出设备，语音输入设备和声音输出设备与处理器连接，语音输入设备设置在肩托单元40上，声音输出设备设置在枕骨托部20或眼镜腿12上。

作为本发明的具体实施例，语音输入设备设置在肩托单元40上且靠近用户嘴部位置设置，声音输出设备设置在枕骨托部20或眼镜腿12上且靠近用户耳朵位置设置，此种方式能够提高用户声音采集的清晰度以及收听的清晰度，同时提高用户与AR眼镜的交互性能。

进一步地，在本发明中，为了提高肩托式AR头显设备佩戴的稳定性，可将肩托单元40配置为包括肩托本体41、第一肩托带42、第二肩托带43、第三肩托带44、第一连接带和第二连接带，肩托本体41与用户肩部相贴合，第一肩托带42和第二肩托带43设置在肩托本体41的一侧，第三肩托带44设置在肩托本体41的另一侧，第一肩托带42具有第一肩托卡槽42a，第二肩托带43具有第二肩托卡槽43a，第三肩托带44具有第三肩托卡槽44a，第一连接带依次穿过第一肩托卡槽42a和第三肩托卡槽44a实现肩托本体41一端与用户之间的固定连接，第二连接带依次穿过第二肩托卡槽43a和第三肩托卡槽44a以实现肩托本体41另一端与用户之间的固定连接。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图5对本发明所提供的肩托式AR头显设备进行详细说明。

如图1至图5所示，根据本发明的具体实施例提供了一种肩托式AR头显设备，该肩托式AR头显设备包括AR眼镜10、枕骨托部20、颈托部30、肩托单元40、处理器、电池单元、第一图像采集单元50、第二图像采集单元60、旋转器件70、眼镜存储部80、柔性颈托单元90、角度传感器、位移传感器和惯性传感器，AR眼镜10与枕骨托部20连接，枕骨托部20与颈托部30活动连接，枕骨托部20可绕第一方向和第二方向相对于颈托部30转动，第一方向与第二方向相垂直，肩托单元40与颈托部30连接，处理器设置在肩托单元40和颈托部30，或处理器设置在肩托单元40；电池单元设置在肩托单元40，第一图像采集单元50设置在AR眼镜10上，第二图像采集单元60设置在肩托单元40；其中，当肩托式AR头显设备处于佩戴状态时，枕骨托部20用于对用户枕骨进行支撑，颈托部30用于对用户颈部进行支撑，肩托单元40与用户肩部相贴合。旋转器件70设置在枕骨托部20和颈托部30之间，枕骨托部20通过旋转器件70与颈托部30活动连接。角度传感器和位移传感器设置在旋转器件70内，惯性传感器设置在AR眼镜10上，角度传感器用于测量用户头部旋转的角度，位移传感器用于测量用户头部俯仰运动时的形变位移量，惯性传感器用于测量用户行动产生的角速度和加速度。眼镜存储部80与肩托单元40连接，眼镜存储部80具有眼镜存储槽80a，AR眼镜镜片11可绕第一眼镜旋转轴13转动并存储至眼镜存储槽80a内。肩托单元40具有颈部容纳腔40a，颈部容纳腔40a用于容纳用户颈部，柔性颈托单元90设置在颈部容纳腔40a内以对用户颈部进行保护。各部件具体设置如下。

在本实施例中，采用摄像头作为第一图像采集单元50，第一图像采集单元50设置在AR眼镜10上。第一图像采集单元50位于AR眼镜的镜片上方，嵌入眼镜横梁中。第一图像采集单元50用来捕捉视线范围内的图像，第一图像采集单元50的数量至少为1。

采用摄像头作为第二图像采集单元60，第二图像采集单元60位于肩托单元40上。第二图像采集单元60用来捕捉躯干前的图像，并与第一图像采集单元50共同捕捉周围环境信息，并进行定位。第二图像采集单元60的数量至少为1。由于摄像头在前胸处和镜框处都有安装且位置不同，所以AR眼镜可以拍摄得到不同角度下的含有用户指向信息的目标图像。

肩托单元40：形状为T型，两肩都具备，材料可为柔性材料。从肩部向胸口部分延伸，端点处有卡槽可以系可伸缩的带子，可以将带子拉伸到后背利用卡扣衔接，将整个装置固定在前后背上，避免设备在前倾后仰时掉落。

AR眼镜镜片：用来显示近眼图像，上面是AR眼镜横梁，用来传输视信号，与微处理器通过光纤相连接。下边为鼻托结构，用来保持眼镜镜片和鼻子紧密贴合。

眼镜腿：架在耳朵和脑袋之间，用来固定眼镜。

眼镜腿中部旋转轴(即第二眼镜旋转轴)：用来微调眼镜腿角度，保证眼镜在眼前的稳定性。

枕骨托部20：与眼镜腿12连接，佩戴时位于枕骨上部后方并与之紧密贴合。具备左右和前倾后仰旋转的能力。

颈托部30：从肩部沿着颈部向上延伸一部分，弧形结构，与眼镜的肩托单元40相连接，贴合颈部至后脑。颈托部30通过与旋转器件70与枕骨托部20连接。

AR眼镜存储部80：当使用AR眼镜时，可以将AR从眼镜存储部80中抽出，AR眼镜的镜框可以旋转至眼前，轻轻驾于鼻梁和耳朵上。处于待机状态时，AR眼镜收纳于眼镜存储部80的眼镜存储槽80a内。

肩托单元40：半包围颈部，紧贴肩颈结合处，起到稳定作用。沿着肩部延伸，紧密贴合肩上部，用来起到支撑作用作用。AR眼镜的处理器和电池安装在此部分。

眼镜腿后端旋转轴(即第一眼镜旋转轴13)：连接枕骨托部20和眼镜腿12，具备前俯后仰旋转功能，用来调整AR眼镜的角度，保证AR眼镜从眼镜前部和储存槽之间的范围都可以活动。

旋转器件70：可以左右以及前后旋转，并设置角度传感器和位移传感器，用于测量颈部旋转的角度和颈部拉伸长度，为头部定位提供数据。AR眼镜在颈托处设计了旋转器件，可以从物理角度提供头部角度和位移数据，减少只利用视频信息进行定位的计算量。

柔性颈托单元90：与颈部紧密贴合，材质为柔性材料(例如，海绵，乳胶)，提供支撑。

AR处理器：控制AR眼镜接收目标对象的图像；控制语音的输入输出；对整个设备进行定位和建图。AR处理器安置在颈托部30以及肩托单元40。

微型显示器：微型显示器用于产生AR眼镜视野中的虚拟图像，安置在枕骨托部20的内部，通过光纤与AR眼镜镜片连接，传输图像信号。与颈托部30的处理器连接，接收显示指令，也与肩托单元40内部的电池连接，受其供能。

角度传感器：在旋转器件70内部安置，角度传感器用于测量头部旋转的角度。

位移传感器：在旋转器件70内部安置，用于测量头部点头、仰头时位移时产生的形变位移量。

惯性传感器：安置在AR眼镜的摄像头附近，用于和角度传感器数据融合来确认头部角度。

语音输入设备：采集的用户语音信息至处理器。

声音输出设备：输出声音给用户。

存储器：用于存储计算机程序，安置在肩托单元40内。

电池：用于为AR眼镜提供能源，安置在肩托单元40内，保证能尽可能承受更多电池数量。

综上所述，本发明提供了一种肩托式AR头显设备，该肩托式AR头显设备与现有技术相比，具有以下优点。

第一，通过设置肩托单元和颈托部，处理器可设置在肩托单元和颈托部内，也可仅设置在肩托单元内，电池单元也可设置在肩托单元内，利用肩部更加稳定和承重的特点，能增加装配的电池单元的数量以及与处理器相连接的电子设备的数量与体积，从而达到增加使用时长，提升续航能力，增加处理器以提高产品性能的效果；处理器与电池置于肩托单元内，更容易分配质量，散热功能更好。

第二，通过在AR眼镜上设置第一图像采集单元一级在肩托单元上设置第二图像采集单元，既能够通过位于眼部的第一图像采集单元采集图像，同时也能够通过位于肩部的第二图像采集采集图像，此种设置方式能够对用户胸前的景象有更好的视角，可以进行更广范围的手势识别，丰富交互手段，与AR眼镜上的第一图像采集单元配合，不同角度的图像采集单元对手和图像定位精度更高，可以使得AR眼镜的操作更流畅。

第三，由于旋转器件具有角度传感器和位移传感器，可以辅助甚至替代惯性传感器，实现更精准的角度和位置定位，提高AR眼镜的精度和稳定性。

第四，由于肩托单元处设置收纳AR眼镜的存储槽，既可以平时保护眼镜镜片，又可以实行一体化设计，避免分体式AR眼镜存在的容易挂线，容易丢失零件的问题。

第五，肩托单元的下端设计的伸缩绑带功能，可以帮助眼镜更稳定地固定。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种肩托式AR头显设备，其特征在于，所述肩托式AR头显设备包括：

AR眼镜(10)；

枕骨托部(20)，所述AR眼镜(10)与所述枕骨托部(20)连接；

颈托部(30)，所述枕骨托部(20)与所述颈托部(30)活动连接，所述枕骨托部(20)可绕第一方向和第二方向相对于所述颈托部(30)转动，所述第一方向与所述第二方向相垂直；

肩托单元(40)，所述肩托单元(40)与所述颈托部(30)连接；

处理器和电池单元，所述处理器设置在所述肩托单元(40)和所述颈托部(30)，或所述处理器设置在所述肩托单元(40)；所述电池单元设置在所述肩托单元(40)；

第一图像采集单元(50)，所述第一图像采集单元(50)设置在所述AR眼镜(10)上；

第二图像采集单元(60)，所述第二图像采集单元(60)设置在所述肩托单元(40)；

其中，当所述肩托式AR头显设备处于佩戴状态时，所述枕骨托部(20)用于对用户枕骨进行支撑，所述颈托部(30)用于对用户颈部进行支撑，所述肩托单元(40)与用户肩部相贴合。

2.根据权利要求1所述的肩托式AR头显设备，其特征在于，所述AR眼镜(10)包括AR眼镜镜片(11)、眼镜腿(12)和第一眼镜旋转轴(13)，所述AR眼镜镜片(11)与所述眼镜腿(12)的一端连接，所述眼镜腿(12)的另一端通过所述第一眼镜旋转轴(13)与所述枕骨托部(20)连接，所述眼镜腿(12)可绕第一方向相对于所述枕骨托部(20)转动。

3.根据权利要求2所述的肩托式AR头显设备，其特征在于，所述眼镜腿(12)包括第一眼镜腿(121)、第二眼镜腿(122)和第二眼镜旋转轴(123)，所述第一眼镜腿(121)和所述第二眼镜腿(122)通过所述第二眼镜旋转轴(123)连接，所述第一眼镜腿(121)可绕第一方向相对于所述第二眼镜腿(122)转动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的肩托式AR头显设备，其特征在于，所述所述肩托式AR头显设备还包括旋转器件(70)，所述旋转器件(70)设置在所述枕骨托部(20)和所述颈托部(30)之间，所述枕骨托部(20)通过所述旋转器件(70)与所述颈托部(30)活动连接。

5.根据权利要求4所述的肩托式AR头显设备，其特征在于，所述肩托式AR头显设备还包括角度传感器、位移传感器和惯性传感器，所述角度传感器和所述位移传感器设置在所述旋转器件(70)内，所述惯性传感器设置在所述AR眼镜(10)上，所述角度传感器用于测量用户头部旋转的角度，所述位移传感器用于测量用户头部俯仰运动时的形变位移量，所述惯性传感器用于测量用户行动产生的角速度和加速度。

6.根据权利要求5所述的肩托式AR头显设备，其特征在于，所述肩托式AR头显设备还包括眼镜存储部(80)，所述眼镜存储部(80)与所述肩托单元(40)连接，所述眼镜存储部(80)具有眼镜存储槽(80a)，所述AR眼镜镜片(11)可绕所述第一眼镜旋转轴(13)转动并存储至所述眼镜存储槽(80a)内。

7.根据权利要求1所述的肩托式AR头显设备，其特征在于，所述肩托式AR头显设备还包括柔性颈托单元(90)，所述肩托单元(40)具有颈部容纳腔(40a)，所述颈部容纳腔(40a)用于容纳用户颈部，所述柔性颈托单元(90)设置在所述颈部容纳腔(40a)内以对用户颈部进行保护。

8.根据权利要求7所述的肩托式AR头显设备，其特征在于，所述肩托式AR头显设备还包括显示器，所述显示器设置在所述枕骨托部(20)内，所述显示器通过光纤分别与所述AR镜片和所述处理器连接。

9.根据权利要求8所述的肩托式AR头显设备，其特征在于，所述肩托式AR头显设备还包括语音输入设备和声音输出设备，所述语音输入设备和所述声音输出设备与所述处理器连接，所述语音输入设备设置在所述肩托单元(40)上，所述声音输出设备设置在所述枕骨托部(20)或眼镜腿(12)上。

10.根据权利要求9所述的肩托式AR头显设备，其特征在于，所述肩托单元(40)包括肩托本体(41)、第一肩托带(42)、第二肩托带(43)、第三肩托带(44)、第一连接带和第二连接带，所述肩托本体(41)与用户肩部相贴合，所述第一肩托带(42)和所述第二肩托带(43)设置在所述肩托本体(41)的一侧，所述第三肩托带(44)设置在所述肩托本体(41)的另一侧，所述第一肩托带(42)具有第一肩托卡槽(42a)，所述第二肩托带(43)具有第二肩托卡槽(43a)，所述第三肩托带(44)具有第三肩托卡槽(44a)，所述第一连接带依次穿过所述第一肩托卡槽(42a)和所述第三肩托卡槽(44a)实现所述肩托本体(41)一端与用户之间的固定连接，所述第二连接带依次穿过所述第二肩托卡槽(43a)和所述第三肩托卡槽(44a)以实现所述肩托本体(41)另一端与用户之间的固定连接。