基于Leap Motion的手势控制四旋翼飞行器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于Leap Motion的手势控制四旋翼飞行器，其包括四旋翼飞行器、上位机控制器和Leap Motion控制器；四旋翼飞行器包括控制单元及与控制单元连接的惯性测量模块、驱动模块和第一通信模块，驱动模块与供电模块连接；上位机控制器包括第二通信模块和PC机，PC机通过第二通信模块和第一通信模块与控制单元进行通信；光学传感器和两个摄像头，摄像头和光学传感器均与PC机连接。

【技术实现步骤摘要】
基于LeapMotion的手势控制四旋翼飞行器
本技术涉及计算机视觉
，具体涉及一种基于LeapMotion的手势控制四旋翼飞行器。
技术介绍
随着计算机视觉技术的快速发展，基于机器视觉的手势控制给人们带来了很大的方便。四旋翼飞行器能够在城市街区、隧道、室内及靠近地面等复杂环境中进行空中侦察，四旋翼飞行器拥有较强机动性与灵活性。而在军事上通过多个飞行器协同飞行能够增加任务完成的成功率。早期的四轴飞行器存在着结构复杂、体积庞大、不易操作等问题。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本技术提供的基于LeapMotion的手势控制四旋翼飞行器能够通过手势控制四旋翼飞行器改变飞行方式。为了达到上述专利技术目的，本技术采用的技术方案为：提供一种基于LeapMotion的手势控制四旋翼飞行器，其包括四旋翼飞行器、上位机控制器和LeapMotion控制器；四旋翼飞行器包括控制单元及与控制单元连接的惯性测量模块、驱动模块和第一通信模块，驱动模块与供电模块连接；上位机控制器包括第二通信模块和PC机，PC机通过第二通信模块和第一通信模块与控制单元进行通信；光学传感器和两个摄像头，摄像头和光学传感器均与PC机连接。进一步地，惯性测量模块包括通过I2C总线与控制单元连接的角速度传感器、加速度计和气压传感器。进一步地，惯性测量模块还包括与控制单元通过I2C总线连接的磁场计。进一步地，LeapMotion控制器还包括多个红外LED灯。进一步地，驱动模块包括相互连接的电机调速器和无刷直流电机，电机调速器与控制单元连接，无刷直流电机驱动四旋翼飞行器的螺旋桨。本技术的有益效果为：本方案通过LeapMotion控制器采集操作者的手势，并将其上传至上位机控制器PC机，PC机通过现有的手势识别技术识别出操作者的手势，根据其内部存储的手势对应的四旋翼飞行器飞行指令，并将飞行指令发送四旋翼飞行器的控制单元，控制单元再根据飞行指令和惯性测量模块采集的四旋翼飞行器当前状态，调整四旋翼飞行器飞行姿势。通过上述方式改变四旋翼飞行器的飞行姿态，可以简化现有调整飞行器飞行姿势的操作方式，使操作简单方便、灵活，同时还能够使飞行器和人之间具有良好的交互。附图说明图1为基于LeapMotion的手势控制四旋翼飞行器的总体示意图。图2为四旋翼飞行器硬件系统结构图。图3为四旋翼飞行器硬件电路图。具体实施方式下面对本技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本技术，但应该清楚，本技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，该基于LeapMotion的手势控制四旋翼飞行器包括依次连接的四旋翼飞行器、上位机控制器和LeapMotion控制器。如图2和图3所示，四旋翼飞行器包括控制单元及与控制单元连接的惯性测量模块、驱动模块和第一通信模块，驱动模块与供电模块连接；其中控制单元的型号为STM32F103T8U6，供电模块为锂电池。上位机控制器包括第二通信模块和PC机，PC机通过第二通信模块和第一通信模块与控制单元进行通信；LeapMotion控制器包括光学传感器、多个红外LED灯和两个摄像头，摄像头和光学传感器均与PC机连接。其中，第二通信模块和第一通信模块均为无线通信模块，其型号均为EMW3162；光学传感器的型号为SDP8611-003，红外LED灯主要用于两个高清摄像头采集图像时进行光强补偿，光学传感器的视野范围大约在150度左右，两个高清摄像头从不同位置拍摄得到高分辨率的立体红外图像，模拟人类的双目立体视觉进行手势位置判断。在进行四旋翼飞行器飞行姿态调整时，LeapMotion控制器内部的两个高清摄像头采集操作者的手势控制命令，并发送给上位机控制器的PC机，PC机通过现有的互补滤波融合传感器数据并使用四元数法进行姿态解算的出手部姿态，然后根据PC机内存储的手部姿态对应的飞行指令(比如油门值需调整至具体某个值)发送给四旋翼飞行器。四旋翼飞行器的控制单元根据惯性测量模块采集的角速度、加速度及其所在高度，与飞行指令所期望的角速度、加速度和高度求差，之后把差值转换为电信号发送给驱动模块，驱动模块根据电信号调整四旋翼飞行器的姿态。实施时，本方案优选惯性测量模块包括通过I2C总线与控制单元连接的角速度传感器、加速度计、气压传感器和磁场计。其中角速度传感器选用型号为L3G4200DTRL3G4200D三轴数字陀螺仪传感器；加速度计选用品牌IFM/易福门，型号为IE-2002-FROG/6M/PH的加速度传感器；气压传感器为HPX气体压力传感器；磁场计选用型号为JM-2000D数字式磁场强度计。陀螺仪用以检测四旋翼飞行器角速度信号，感应到飞行器的姿态变化后输出相应的电压值，该电压值作为反馈信号输入到控制单元。加速度计用以检测线加速度信号，内部电位器作为位移传感元件把加速度信号转换为电信号，该电压值作为反馈信号输入到控制单元。HPX气体压力传感器用以检测高度信号；磁场计用于采集四旋翼飞行器飞行场所的磁场强度。实施时，本方案优选驱动模块包括相互连接的电机调速器和无刷直流电机，电机调速器与控制单元连接，无刷直流电机驱动四旋翼飞行器的螺旋桨。电机调速器的型号为JD1A-40/90调速器。电机调速器利用脉宽调制(PWM)方式，通过改变输出方波的占空比使负载上的平均电流功率从0-100％变化、从而改变电机速度。无刷直流电机用以驱动螺旋桨旋转。四旋翼飞行器飞行姿态的调节最终体现在四个无刷直流电机的速度调节上，在四个无刷直流电机不同的转速组合条件下，四旋翼飞行器能够实现俯仰、横滚、偏航等不同的飞行姿态。综上所述，通过采集的手势对四旋翼飞行器的飞行姿态进行调整，可以简化现有调整飞行器飞行姿势的操作方式，使操作简单方便、灵活。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于Leap Motion的手势控制四旋翼飞行器，其特征在于，包括四旋翼飞行器、上位机控制器和Leap Motion控制器；所述四旋翼飞行器包括控制单元及与所述控制单元连接的惯性测量模块、驱动模块和第一通信模块，所述驱动模块与供电模块连接；所述上位机控制器包括第二通信模块和PC机，所述PC机通过第二通信模块和第一通信模块与控制单元进行通信；所述Leap Motion控制器包括光学传感器和两个摄像头，所述摄像头和光学传感器均与PC机连接。

【技术特征摘要】
1.基于LeapMotion的手势控制四旋翼飞行器，其特征在于，包括四旋翼飞行器、上位机控制器和LeapMotion控制器；所述四旋翼飞行器包括控制单元及与所述控制单元连接的惯性测量模块、驱动模块和第一通信模块，所述驱动模块与供电模块连接；所述上位机控制器包括第二通信模块和PC机，所述PC机通过第二通信模块和第一通信模块与控制单元进行通信；所述LeapMotion控制器包括光学传感器和两个摄像头，所述摄像头和光学传感器均与PC机连接。2.根据权利要求1所述的基于LeapMotion的手势控制四旋翼飞行器，其特征在于，所述惯性测量模块包括通过I...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宇芳，刘满禄，曹志强，袁晨，刘小琴，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：新型
国别省市：四川,51