一種可進行手勢識別操作的四軸飛行器與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可進行手勢識別操作的四軸飛行器與方法；其控制系統(tǒng)包括MCU主控單元、測距模塊、姿態(tài)傳感器模塊、無線通信模塊和電子調(diào)速器等；MCU主控單元將從姿態(tài)傳感器模得到的反饋信息經(jīng)過運算處理后發(fā)送給無線通信模塊，該無線通信模塊通過無線通信的方式將信息傳遞給無線操作系統(tǒng)的無線通信模塊，從而使操控者通過操作平臺實現(xiàn)對四軸飛行器的無線操控。本四軸飛行器結(jié)合了姿態(tài)傳感器模塊和測距模塊，可實時檢測四軸飛行器的橫滾角、俯仰角、航向角和距離地面高度，即得到四軸飛行器的實時姿態(tài)和高度，從而通過這些數(shù)據(jù)配合控制算法實現(xiàn)四軸飛行器的穩(wěn)定飛行。
【專利說明】
一種可進行手勢識別操作的四軸飛行器與方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及飛行器及其控制，尤其涉及一種可進行手勢識別操作的四軸飛行器與方法。
【背景技術】
[0002]隨著遙控無人飛行器技術的發(fā)展，目前各種飛行器技術大量出現(xiàn)，應用也日益廣泛。然而，現(xiàn)有的四軸飛行器需要通過一個手持的遙控器進行飛行控制，它需要嚴重依賴于飛行操作人員的眼睛來觀察四軸飛行器的飛行情況，十分依賴飛行操作人員的操作經(jīng)驗和操作技術，并需要不斷操作遙控器來穩(wěn)定四軸飛行器的飛行高度。該缺陷使得四軸飛行器難以在室內(nèi)進行飛行，并且對飛行操作人員技巧要求過高，從而大大限制了對四軸飛行器的推廣和應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、布局合理、操控方便的可進行手勢識別操作的四軸飛行器與方法。
[0004]本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn):
[0005]—種可進行手勢識別操作的四軸飛行器，包括飛行器主體機架、無線操作系統(tǒng)、由飛行器主體機架搭載的控制系統(tǒng)，以及給控制系統(tǒng)供電的電源模塊;所述控制系統(tǒng)包括MCU主控單元、測距模塊、姿態(tài)傳感器模塊、無刷電機6、無線通信模塊一和電子調(diào)速器;無線操作系統(tǒng)包括無線通訊模塊二和操作平臺；
[0006]所述MCU主控單元分別連接無線通信模塊一、電子調(diào)速器、測距模塊、姿態(tài)傳感器模塊;所述無刷電機分別連接電子調(diào)速器、姿態(tài)傳感器模塊、測距模塊；
[0007]所述姿態(tài)傳感器模塊、測距模塊和電子調(diào)速器分別與MCU主控單元實現(xiàn)單向有線通信;姿態(tài)傳感器模塊和測距模塊將反饋信息傳遞給M⑶主控單元，M⑶主控單元又將指令信息傳遞給電子調(diào)速器，從而控制無刷電機的運動；
[0008]M⑶主控單元與無線通信模塊一實現(xiàn)雙向有線通信，該無線通信模塊一又與無線操作系統(tǒng)上的無線通信模塊二實現(xiàn)雙向無線通信;MCU主控單元將從姿態(tài)傳感器模得到的反饋信息經(jīng)過運算處理后發(fā)送給無線通信模塊一，該無線通信模塊一通過無線通信的方式將信息傳遞給無線操作系統(tǒng)的無線通信模塊二，從而使操控者通過操作平臺實現(xiàn)對四軸飛行器的無線操控。
[0009]所述飛行器主體機架包括呈十字形分布在機身I側(cè)的四個機械軸3、分別安裝在四個機械軸3尾部的無刷電機6、安裝在無刷電機6上的螺旋槳2、安裝在機身I上方的天線板5、安裝在機身I下方的用于搭載航拍系統(tǒng)的支架4。
[0010]所述機身I為架空結(jié)構(gòu);所述MCU主控單元和姿態(tài)傳感器模塊安裝在機身I的上側(cè)；電源模塊安裝在機身I架空結(jié)構(gòu)內(nèi)；測距模塊安裝在機身I的下側(cè);無線通信模塊一安裝在天線板5內(nèi)。
[0011]所述四個機械軸3內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，電子調(diào)速器安放在其內(nèi)，并分別與尾端的無刷電機6電連接。
[0012]所述姿態(tài)傳感器模塊包括陀螺儀、加速度計和電子羅盤;陀螺儀、加速度計和電子羅盤集成于一塊PCB電路板上。
[0013]所述測距模塊包括超聲波測距模塊和氣壓計;超聲波測距模塊和氣壓計集成于一塊PCB電路板上。
[0014]所述航拍系統(tǒng)包括航拍攝像頭7，及用于將航拍攝像頭7拍攝的數(shù)據(jù)傳輸給地面接收設備的無線圖傳模塊。
[0015]所述電源模塊包括電池及其電壓監(jiān)視模塊，電池電壓監(jiān)視模塊在電池電壓不足時以發(fā)出聲響的形式進行報警。
[0016]所述操作平臺包括個人電腦、OPENCV系統(tǒng)和上位機操作系統(tǒng);個人電腦自帶攝像頭。
[0017]上述可進行手勢識別操作的四軸飛行器的控制方法如下:通過姿態(tài)傳感器模塊獲取四軸飛行器的實時姿態(tài)，并通過測距模塊獲取四軸飛行器與地面的實時距離，通過無線通信模塊一和無線通信模塊二實現(xiàn)四軸飛行器與個人電腦的雙向通信，通過OPENCV系統(tǒng)和上位機操作系統(tǒng)對操控者手勢指令進行分析并將指令傳送至無線通信模塊一和無線通信模塊二，從而在MCU主控單元的調(diào)度處理下實現(xiàn)四軸飛行器的穩(wěn)定飛行和使用者的手勢識別操作。
[0018]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0019]I)本發(fā)明結(jié)合了姿態(tài)傳感器模塊和測距模塊，可實時檢測四軸飛行器的橫滾角、俯仰角、航向角和距離地面高度，即得到四軸飛行器的實時姿態(tài)和高度，從而通過這些數(shù)據(jù)配合控制算法實現(xiàn)四軸飛行器的穩(wěn)定飛行。
[0020]2)本發(fā)明結(jié)合了無線通信模塊，可實現(xiàn)四軸飛行器與電腦操作平臺的無線通信。
[0021]3)本發(fā)明結(jié)合了無線圖傳模塊，可實現(xiàn)四軸飛行器周邊的圖像的實時傳輸。
[0022]4)本發(fā)明結(jié)合了包括個人電腦、OPENCV系統(tǒng)和上位機操作系統(tǒng)的操作平臺，實現(xiàn)通過使用手勢指令控制四軸飛行器飛行的功能，簡化了四軸飛行器的操作，也使四軸飛行器的操作的趣味性大大增強，顯著地提高了四軸飛行器操作的用戶體驗。
[0023]5)本發(fā)明可實現(xiàn)自主懸浮模式和手勢指令控制模式兩種不同的運行模式，可根據(jù)實際需要進行模式切換。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明可進行手勢識別操作的四軸飛行器的控制系統(tǒng)示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明可進行手勢識別操作的四軸飛行器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3為圖2局部不意圖一。
[0027]圖4為圖2局部示意圖二。
[0028]圖5為圖2局部示意圖三。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細描述。
[0030]實施例
[0031]如圖1至5所示。本發(fā)明公開了一種可進行手勢識別操作的四軸飛行器，包括飛行器主體機架、無線操作系統(tǒng)、由飛行器主體機架搭載的控制系統(tǒng)，以及給控制系統(tǒng)供電的電源模塊;所述控制系統(tǒng)包括MCU主控單元、測距模塊、姿態(tài)傳感器模塊、無刷電機6、無線通信模塊一和電子調(diào)速器;無線操作系統(tǒng)包括無線通訊模塊二和操作平臺；MCU主控單元的MCU芯片型號為stm32f407。
[0032]所述MCU主控單元分別連接無線通信模塊一、電子調(diào)速器、測距模塊、姿態(tài)傳感器模塊;所述無刷電機分別連接電子調(diào)速器、姿態(tài)傳感器模塊、測距模塊；
[0033]所述姿態(tài)傳感器模塊、測距模塊和電子調(diào)速器分別與MCU主控單元實現(xiàn)單向有線通信;姿態(tài)傳感器模塊和測距模塊將反饋信息傳遞給M⑶主控單元，M⑶主控單元又將指令信息傳遞給電子調(diào)速器，從而控制無刷電機的運動；
[0034]M⑶主控單元與無線通信模塊一實現(xiàn)雙向有線通信，該無線通信模塊一又與無線操作系統(tǒng)上的無線通信模塊二實現(xiàn)雙向無線通信;MCU主控單元將從姿態(tài)傳感器模得到的反饋信息經(jīng)過運算處理后發(fā)送給無線通信模塊一，該無線通信模塊一通過無線通信的方式將信息傳遞給無線操作系統(tǒng)的無線通信模塊二，從而使操控者通過操作平臺實現(xiàn)對四軸飛行器的無線操控。
[0035]所述飛行器主體機架包括呈十字形分布在機身I側(cè)的四個機械軸3、分別安裝在四個機械軸3尾部的無刷電機6、安裝在無刷電機6上的螺旋槳2、安裝在機身I上方的天線板5、安裝在機身I下方的用于搭載航拍系統(tǒng)的支架4。
[0036]所述機身I為架空結(jié)構(gòu);所述MCU主控單元和姿態(tài)傳感器模塊安裝在機身I的上側(cè)；電源模塊安裝在機身I架空結(jié)構(gòu)內(nèi)；測距模塊安裝在機身I的下側(cè);無線通信模塊一安裝在天線板5內(nèi)。機身I采用碳纖材質(zhì)。
[0037]所述四個機械軸3內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，電子調(diào)速器安放在其內(nèi)，并分別與尾端的無刷電機6電連接。
[0038]所述姿態(tài)傳感器模塊包括陀螺儀、加速度計和電子羅盤;陀螺儀、加速度計和電子羅盤集成于一塊PCB電路板上。電子羅盤BMP180;陀螺儀和加速度計型號為MPU6050。
[0039]所述測距模塊包括超聲波測距模塊和氣壓計;超聲波測距模塊和氣壓計集成于一塊PCB電路板上。超聲波測距模塊型號為US-100;氣壓計型號為MS5611。
[0040]所述航拍系統(tǒng)包括航拍攝像頭7，及用于將航拍攝像頭7拍攝的數(shù)據(jù)傳輸給地面接收設備的無線圖傳模塊。
[0041]所述電源模塊包括電池及其電壓監(jiān)視模塊，電池電壓監(jiān)視模塊在電池電壓不足時以發(fā)出聲響的形式進行報警。
[0042]所述操作平臺包括個人電腦、OPENCV系統(tǒng)和上位機操作系統(tǒng);個人電腦自帶攝像頭。
[0043]本發(fā)明四軸飛行器，根據(jù)其運動的自主程度，分為自主懸浮模式和手勢指令控制模式。使用者可以通過上位機操作系統(tǒng)自主選擇四軸飛行器的模式。
[0044]自主懸浮模式:四軸飛行器通過姿態(tài)傳感器模塊和測距模塊得到實時的俯仰角、橫滾角、偏航角和高度信息，通過對這些信息進行運算處理，得到一定的指令信息，從而控制四軸飛行器的飛行參數(shù)的穩(wěn)定，從而實現(xiàn)自主懸浮。與此同時，四軸飛行器會將實時的姿態(tài)和高度信息傳遞到上位機操作軟件上，同時將實時拍攝到的圖像傳遞到上位機操作軟件上，方便使用者觀察四軸飛行器的周邊環(huán)境。
[0045]手勢指令控制模式:四軸飛行器被賦予“調(diào)整高度”、“調(diào)整航向角”、“向指定方向飛行”等指令，同時上位機操作系統(tǒng)上具備多個經(jīng)過OPENCV平臺的手勢識別方法，可識別多個不同的手勢。通過上位機操作系統(tǒng)，使用者可以將該手勢與對應的指令配對，從而通過該手勢，即可通過無線通信模塊使飛行中的四軸飛行器得到對應的指令，四軸飛行器就會執(zhí)行該指令。
[0046]因此，通過操控者的手勢，就可以操作四軸飛行器完成所需飛行動作。與此同時，四軸飛行器會將實時的姿態(tài)和高度信息傳遞到上位機操作系統(tǒng)上，同時將實時拍攝到的圖像傳遞到上位機操作系統(tǒng)上，方便使用者觀察四軸飛行器的周邊環(huán)境。此外，操控者可以通過上位機操作系統(tǒng)修改手勢與指令的配對，也可以通過OPENCV系統(tǒng)新增新的手勢指令。
[0047]如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。
[0048]本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種可進行手勢識別操作的四軸飛行器，包括飛行器主體機架、無線操作系統(tǒng)、由飛行器主體機架搭載的控制系統(tǒng)，以及給控制系統(tǒng)供電的電源模塊;其特征在于:所述控制系統(tǒng)包括MCU主控單元、測距模塊、姿態(tài)傳感器模塊、無刷電機(6)、無線通信模塊一和電子調(diào)速器;無線操作系統(tǒng)包括無線通訊模塊二和操作平臺； 所述MCU主控單元分別連接無線通信模塊一、電子調(diào)速器、測距模塊、姿態(tài)傳感器模塊；所述無刷電機分別連接電子調(diào)速器、姿態(tài)傳感器模塊、測距模塊； 所述姿態(tài)傳感器模塊、測距模塊和電子調(diào)速器分別與MCU主控單元實現(xiàn)單向有線通信；姿態(tài)傳感器模塊和測距模塊將反饋信息傳遞給M⑶主控單元，MCU主控單元又將指令信息傳遞給電子調(diào)速器，從而控制無刷電機的運動； M⑶主控單元與無線通信模塊一實現(xiàn)雙向有線通信，該無線通信模塊一又與無線操作系統(tǒng)上的無線通信模塊二實現(xiàn)雙向無線通信;MCU主控單元將從姿態(tài)傳感器模得到的反饋信息經(jīng)過運算處理后發(fā)送給無線通信模塊一，該無線通信模塊一通過無線通信的方式將信息傳遞給無線操作系統(tǒng)的無線通信模塊二，從而使操控者通過操作平臺實現(xiàn)對四軸飛行器的無線操控。2.根據(jù)權利要求1所述可進行手勢識別操作的四軸飛行器，其特征在于:所述飛行器主體機架包括呈十字形分布在機身(I)側(cè)的四個機械軸(3)、分別安裝在四個機械軸(3)尾部的無刷電機(6)、安裝在無刷電機(6)上的螺旋槳(2)、安裝在機身(I)上方的天線板(5)、安裝在機身(I)下方的用于搭載航拍系統(tǒng)的支架(4)。3.根據(jù)權利要求2所述可進行手勢識別操作的四軸飛行器，其特征在于:所述機身(I)為架空結(jié)構(gòu)； 所述MCU主控單元和姿態(tài)傳感器模塊安裝在機身(I)的上側(cè)； 電源模塊安裝在機身(I)架空結(jié)構(gòu)內(nèi)； 測距模塊安裝在機身(I)的下側(cè)； 無線通信模塊一安裝在天線板(5)內(nèi)。4.根據(jù)權利要求2所述可進行手勢識別操作的四軸飛行器，其特征在于:所述四個機械軸(3)內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，電子調(diào)速器安放在其內(nèi)，并分別與尾端的無刷電機(6)電連接。5.根據(jù)權利要求2所述可進行手勢識別操作的四軸飛行器，其特征在于:所述姿態(tài)傳感器模塊包括陀螺儀、加速度計和電子羅盤;陀螺儀、加速度計和電子羅盤集成于一塊PCB電路板上。6.根據(jù)權利要求2所述可進行手勢識別操作的四軸飛行器，其特征在于:所述測距模塊包括超聲波測距模塊和氣壓計;超聲波測距模塊和氣壓計集成于一塊PCB電路板上。7.根據(jù)權利要求2所述可進行手勢識別操作的四軸飛行器，其特征在于:所述航拍系統(tǒng)包括航拍攝像頭(7)，及用于將航拍攝像頭(7)拍攝的數(shù)據(jù)傳輸給地面接收設備的無線圖傳豐旲塊。8.根據(jù)權利要求2所述可進行手勢識別操作的四軸飛行器，其特征在于:所述電源模塊包括電池及其電壓監(jiān)視模塊，電池電壓監(jiān)視模塊在電池電壓不足時以發(fā)出聲響的形式進行報警。9.根據(jù)權利要求2所述可進行手勢識別操作的四軸飛行器，其特征在于:所述操作平臺包括個人電腦、OPENCV系統(tǒng)和上位機操作系統(tǒng);個人電腦自帶攝像頭。10.權利要求1至9中任一項所述可進行手勢識別操作的四軸飛行器的控制方法，其特征在于:通過姿態(tài)傳感器模塊獲取四軸飛行器的實時姿態(tài)，并通過測距模塊獲取四軸飛行器與地面的實時距離，通過無線通信模塊一和無線通信模塊二實現(xiàn)四軸飛行器與個人電腦的雙向通信，通過OPENCV系統(tǒng)和上位機操作系統(tǒng)對操控者手勢指令進行分析并將指令傳送至無線通信模塊一和無線通信模塊二，從而在M⑶主控單元的調(diào)度處理下實現(xiàn)四軸飛行器的穩(wěn)定飛行和使用者的手勢識別操作。
【文檔編號】G05D1/08GK106054911SQ201610583570
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月22日 公開號201610583570.7, CN 106054911 A, CN 106054911A, CN 201610583570, CN-A-106054911, CN106054911 A, CN106054911A, CN201610583570, CN201610583570.7
【發(fā)明人】張東, 盧歡鵬, 魏偉和, 羅佩瑤, 鄧嘉明, 唐英杰, 王桂鴻, 周梓鵬
【申請人】華南理工大學