[發明專利]一種用于VR頭盔控制無人機運動的映射機制

有效

• 申請號: 201910344190.1
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110083241B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 高浩;楊揚;岳東
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/0346
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開一種基于VR頭盔(Head mounted display，HMD)的運動映射機制，用于控制無人機(Unmanned aerial vehicle，UAV)的飛行。通過對基本的速率控制運動映射機制進行改進，引入一種自適應的原點更新策略，在用戶不借助任何輔助工具的情況下，解決了基本速率控制映射機制中固有的自歸中問題。同時，在無人機上加入云臺補充了相機的兩個自由度，實現了全部6個自由度的視角控制，也補償了無人機的飛行抖動，獲得更穩定的視頻流。

技術領域

本發明涉及無人機和虛擬現實技術領域，尤其涉及通過改進運動映射機制，提升VR用戶在進行無人機遠程觀景時的操控和觀看體驗，具體為一種用于VR頭盔控制無人機運動的映射機制。

背景技術

遠程觀景是虛擬現實(VR)領域的一個新概念，它實現了用戶在虛擬場景中與遠程景觀的實時交互。普通的VR技術向用戶提供了計算機合成場景的沉浸式體驗，而遠程觀景系統更有可能被用于現實世界。該項技術給予用戶實時的在線觀感，可以被應用于包括商業、科學、游戲、影視等各個領域。

近些年機器人正經歷飛速發展，人們將其用于探索一些危險的或者人類難以到達的區域。無人機(UAV)具有足夠的自由度和監測天空、山脈等廣闊空間的可能性，與其他遠程機器人相比，顯示出優越的能力，尤其是在遠程任務中。鑒于此，研究人員更感興趣的是通過使用不同的自然用戶界面(如手勢和語音)和3D顯示設備來開發無人機電傳信息系統。

公開號CN105955470A的中國專利公開了一種頭盔顯示器的控制方法及裝置，其技術方案是：判斷頭盔顯示器中控制光標的位置是否落在虛擬界面中的可操作目標上；當所述控制光標落在所述可操作目標上時，彈出操作控制窗口，所述操作控制窗口中展示有確認選中所述可操作目標的頭盔操作動作圖形；判斷所述控制光標的操作動作與所述操作控制窗口中的頭盔操作動作是否一致，若一致則確認選中所述可操作目標。該專利主要用于VR頭盔的界面操作控制，不能對無人機進行全部6個自由度的控制，用戶體驗感不佳。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種用于VR頭盔控制無人機運動的映射機制，通過改進運動映射機制，實現一種能夠對無人機進行全部6個自由度控制的操控方式，提升VR用戶在進行無人機遠程觀景時的操控體驗和觀看效果。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種用于VR頭盔控制無人機運動的映射機制，包括：一種引入自適應原點更新策略進行改進后的速率控制映射機制，在該機制下，不借助任何輔助設備來解決速率控制機制中固有的自歸中問題；一種全部6個自由度的無人機視點控制機制。

優選地，在無人機上加入相機云臺，利用相機云臺實現滾轉角和俯仰角旋轉。

優選地，所述6個自由度包括無人機前后左右4個方向的平移、相機云臺的滾轉角旋轉和俯仰角旋轉。

優選地，所述引入自適應原點更新策略進行改進后的速率控制映射機制，包括：

S1，以用戶的初始位置作為原點，始終以用戶面朝的方向為x軸的正方向，始終以用戶左手的方向為y軸的正方向，以向上的方向為z軸的正方向；

S2，設定圓心為原點，半徑r為2個步長的圓的范圍內為歸中區域，在這個區域內，用戶頭部的偏航角被映射到無人機的偏航角，滾轉角和俯仰角則分別映射到相機云臺的滾轉角和俯仰角，x軸和y軸的運動不影響無人機的運動，即無人機保持懸停，用戶踮起腳抬升頭部高度則無人機上升，下蹲降低頭部高度則無人機下降，上升和下降的速度隨用戶頭部上下位移的幅度線性變化；

S3，當用戶走出歸中區域后，記用戶的位置向量為該向量從原點出發指向用戶當前所在的位置，此時用戶頭部的偏航角被映射到無人機的偏航角，滾轉角和俯仰角分別被映射到相機云臺的滾轉和俯仰角，用戶的位置被映射到無人機的速度，用戶踮起腳抬升頭部高度則無人機上升，下蹲降低頭部高度則無人機下降，上升和下降的速度隨用戶頭部上下位移的幅度線性變化；