可穿戴设备、基于可穿戴设备的无人机控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种可穿戴设备、基于可穿戴设备的无人机控制方法及系统。该控制系统包括无人机和可穿戴设备，无人机与可穿戴设备通信连接，可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定位置处，可穿戴设备包括肌电信号采集装置、陀螺仪装置、处理装置及通信装置；其中，肌电信号采集装置采集使用者的手势动作形成肌电信号，陀螺仪装置采集反映可穿戴设备当前运动状态的设备姿态信号，处理装置处理肌电信号和设备姿态信号形成对应的控制指令并通过通信装置发送至无人机，以完成对无人机飞行状态的控制。本发明提供的方法可实现控制设备体积小、无需占用双手、操作简单、图像采集识别率高，适用于对控制设备移动性要求较高的环境中，不受应用场景的限制。
【专利说明】
可穿戴设备、基于可穿戴设备的无人机控制方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及工业控制领域，尤其涉及一种可穿戴设备、基于可穿戴设备的无人机控制方法及系统。
[0002]【背景技术】
[0003]在目前的无人机领域中，无人机的控制方案主要有遥控器控制和图像采集控制。 这两种控制方案的主要缺点包括控制设备体积大、占用双手、操作复杂、图像采集识别率低，且不适用于对控制设备移动性要求较高的环境中，也不适用于应用场景受限制的条件下。
[0004]在人机交互的智能控制领域，以手势为主的交互方式由于更加直观并且表达信息多样灵活，被深入研究并适用于各个不同领域中。本发明提供一种无人机控制方法及装置， 可以克服当前无人机控制方案的缺点，实现无人机控制设备的小型化和穿戴化。
[0005]
【发明内容】
[0006]因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提供一种基于可穿戴设备的无人机控制系统，包括无人机和可穿戴设备，无人机与可穿戴设备通信连接，可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定位置处，其中:可穿戴设备包括肌电信号采集装置、陀螺仪装置、处理装置及通信装置;其中，肌电信号采集装置采集使用者的手势动作形成肌电信号，陀螺仪装置采集反映可穿戴设备当前运动状态的设备姿态信号，处理装置处理肌电信号和设备姿态信号形成对应的控制指令并通过通信装置发送至无人机，以完成对无人机飞行状态的控制。
[0007]本发明还提供一种可穿戴设备，佩戴于使用者身体的特定位置处并应用于基于可穿戴设备的无人机控制系统，其中，可穿戴设备包括肌电信号采集装置、陀螺仪装置、处理装置及通信装置;其中，肌电信号采集装置采集使用者的手势动作形成肌电信号，陀螺仪装置采集反映可穿戴设备当前运动状态的设备姿态信号，处理装置处理肌电信号和设备姿态信号形成对应的控制指令并通过通信装置发送至无人机，以完成对无人机飞行状态的控制。
[0008]在本发明提供的可穿戴设备中，可穿戴设备还包括电连接处理装置的存储装置， 存储装置存储有指令集匹配表，指令集匹配表中记录有无人机可识别的代表一定操作动作的控制指令与肌电信号的对应关系。
[0009]在本发明提供的可穿戴设备中，陀螺仪装置包括实时反映可穿戴设备运动状态的 9轴运动处理传感器。
[0010]在本发明提供的可穿戴设备中，肌电信号包括使用者的多个肌肉表面的不同肌肉电信号的各自特征信息的组合，其中，特征信息反映使用者的手势动作。
[0011]本发明提供一种基于可穿戴设备的无人机控制方法，可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定位置处，其中，方法包括如下步骤:采集使用者的肌电信号；采集反映可穿戴设备当前运动状态的设备姿态信号；将肌电信号进行预处理，并结合设备姿态信号，经过处理形成控制指令；将控制指令发送至与可穿戴设备建立指令配对关系的无人机以供无人机执行与控制指令相对应的飞行动作。
[0012]在本发明提供一种基于可穿戴设备的无人机控制方法中，将所述肌电信号进行预处理，包括:对所述肌电信号进行数字化处理，形成数字化肌电信号；提取所述数字化肌电信号中表征使用者多个肌肉表面的不同肌电信号的各自特征信息的组合，所述特征信息反映使用者的手势动作。
[0013]在本发明提供一种基于可穿戴设备的无人机控制方法中，其中，在采集使用者的肌电信号之前，还包括:判断手势动作与无人机飞行动作的对应关系与默认的指令配对关系是否一致;如果不一致，将默认的指令配对关系更新为使用者重新设定的匹配关系。
[0014]本发明提供一种可穿戴设备的无人机控制方法，可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定位置处，其中，方法包括如下步骤:与可穿戴设备建立指令配对关系的无人机接收可穿戴设备发送的控制指令，执行与控制指令相对应的飞行动作；其中，控制指令由使用者的肌电信号及可穿戴设备的设备姿态信号经处理后得到，肌电信号包括使用者多个肌肉表面的不同肌肉电信号的各自特征信息的组合，特征信息包括使用者的手势动作。
[0015]本发明提供的方法和装置可实现控制设备体积小、无需占用双手、操作简单、图像采集识别率高，适用于对控制设备移动性要求较高的环境中，不受应用场景的限制。
[0016]【附图说明】
[0017]为了更清晰地说明本发明或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图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附图。下面将结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细的说明。
[0018]图1为本发明实施例提供的一种基于可穿戴设备的无人机控制系统的结构示意图；图2为本发明实施例示出的采用不同手势或姿态控制无人机执行不同操作的示意图； 图3为本发明另一实施例提供的一种基于可穿戴设备的无人机控制方法流程图；图4为本发明所提供的在默认情况下的一实施例的操作流程图；图5为本发明实施例提供的无人机控制者预先设定各手势或姿态的含义的方法流程图；图6为本发明提供的可穿戴设备的另一实施例的结构示意图； 图7为本发明提供的另一种基于可穿戴设备的无人机控制方法流程图。
[0019]
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
[0021]图1为本发明实施例提供的一种基于可穿戴设备的无人机控制系统的结构示意图。如图1，本系统包括无人机12和可穿戴设备11，无人机12与可穿戴设备11通信连接，可穿戴设备11佩戴于使用者身体的特定位置处。
[0022]可穿戴设备11包括肌电信号采集装置112、陀螺仪装置113、处理装置111及通信装置114。其中，肌电信号采集装置112采集使用者的手势动作形成肌电信号，陀螺仪装置113采集反映可穿戴设备11当前运动状态的设备姿态信号，处理装置111处理肌电信号和设备姿态信号形成对应的控制指令并通过通信装置114发送至无人机，以完成对无人机飞行状态的控制。
[0023]本发明提供的控制系统可实现控制设备体积小、无需占用双手、操作简单、图像采集识别率高，适用于对控制设备移动性要求较高的环境中，不受应用场景的限制。
[0024]本发明实施例还提供用于控制无人机的一种可穿戴设备。该设备佩戴于使用者身体的特定位置处，应用于无人机控制系统中。
[0025]可穿戴设备包括肌电信号采集装置、陀螺仪装置、处理装置及通信装置。其中，肌电信号采集装置采集使用者的手势动作形成肌电信号，陀螺仪装置采集反映可穿戴设备当前运动状态的设备姿态信号，处理装置处理肌电信号和设备姿态信号形成对应的控制指令并通过通信装置发送至无人机，以完成对无人机飞行状态的控制。
[0026]本发明提供的用于无人机控制系统的可穿戴设备，可实现控制设备体积小、无需占用双手、操作简单、图像采集识别率高，适用于对控制设备移动性要求较高的环境中，不受应用场景的限制。
[0027]进一步地，可穿戴设备还包括电连接处理装置的存储装置，存储装置存储有指令集匹配表，指令集匹配表中记录有无人机可识别的代表一定操作动作的控制指令与肌电信号的对应关系。
[0028]该存储装置可以是EEPROM或其他具有存储功能且与处理装置电连接的存储器件。此外，用于存储指令集匹配表的存储设备还可以设置于处理装置的内部，比如，该存储设备可以是处理装置中的R0M、RAM或FLASH等。在另一种方式中，指令集匹配表还可以存储于无人机中。
[0029]进一步地，陀螺仪装置包括实时反映可穿戴设备运动状态的9轴运动处理传感器，在运动状态的检测上具有很尚的灵敏性。
[0030]进一步地，肌电信号包括使用者的多个肌肉表面的不同肌肉电信号的各自特征信息的组合，其中，特征信息反映使用者的手势动作。
[0031]图6为本发明提供的可穿戴设备的另一实施例的结构示意图。
[0032]图2为本发明实施例示出的采用不同手势或姿态控制无人机执行不同操作的示意图。由于不同手势或姿态在不同肌肉表面测得的肌肉电信号表达的特征信息不同，根据不同表面肌肉电信号的特征组合，可以识别出用户正在使用的手势，不同的手势就可以操控无人机不同的动作。
[0033]图3为本发明另一实施例提供的一种基于可穿戴设备的无人机控制方法流程图。可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定位置处，如图3所示，该方法包括如下步骤:
5301、采集使用者的肌电信号；
5302、采集反映可穿戴设备当前运动状态的设备姿态信号；
5303、将肌电信号进行预处理，并结合设备姿态信号，经过处理形成控制指令；
5304、将控制指令发送至与可穿戴设备建立指令配对关系的无人机以供无人机执行与控制指令相对应的飞行动作。
[0034]本实施例提供的无人机控制方法的实施主体是可穿戴设备，该方法可实现控制设备体积小、无需占用双手、操作简单、图像采集识别率高，适用于对控制设备移动性要求较高的环境中，不受应用场景的限制。
[0035]进一步地，在另一实施例中，将所述肌电信号进行预处理，具体可以是:对所述肌电信号进行数字化处理，形成数字化肌电信号；提取所述数字化肌电信号中表征使用者多个肌肉表面的不同肌电信号的各自特征信息的组合，所述特征信息反映使用者的手势动作。
[0036]由于不同手势或姿态在不同肌肉表面测得的肌肉电信号表达的特征信息不同，根据不同表面肌肉电信号的特征组合，可以识别出用户正在使用的手势，不同的手势就可以操控无人机不同的动作。
[0037]进一步地，在另一实施例中，在采集使用者的肌电信号之前，还有如下步骤:判断手势动作与无人机飞行动作的对应关系与默认的指令配对关系是否一致;如果不一致，将默认的指令配对关系更新为使用者重新设定的匹配关系。
[0038]图4为本发明所提供的在默认情况下的一实施例的操作流程图。在这种默认的情况下，各手势或姿态所代表的含义已经被预先设定完成。无人机控制者只需做出预先设定的手势或姿态，即可对无人机做出对应的操作。
[0039]进一步地，在另一实施例中，无人机执行与控制指令相对应的动作，具体可以是:使用者预先经过训练，重新设定与控制指令相对应的飞行动作。
[0040]这是一种非默认情况。在这种非默认的情况下，各手势或姿态所代表的含义由使用者预先采用动作训练的方式进行设定。即，本发明提供的实施例具有训练功能，使用者可以按照个人习惯定义手势或姿态动作，确定如何具体地控制无人机的动作。
[0041]进一步地，图5为本发明实施例提供的无人机控制者预先设定各手势或姿态的含义的方法流程图。如图5所示，该方法具体如下包括如下步骤:
5501、建立控制设备与无人机的通信连接，根据所期待的无人机的运动方式，无人机控制者做出控制动作；
5502、判断控制动作是否与无人机预设的控制动作相一致；
如果S502的判断结果为否，则先执行如下S503:
5503、无人机将第一匹配指令与第一匹配动作的匹配关系解除，建立并存储第一匹配指令与第二匹配动作的匹配关系，并执行如下S504;
如果S502的判断结果为是，则跳过S503，直接执行如下S504:
5504、判断无人机控制者是否已经设定完成了所有动作；
如果S504的判断结果为是，则训练完成；
如果S504的判断结果为否，则执行如下S505:
5505、无人机控制者做出另一手势动作，并继续执行S502，直至训练完成。
[0042]例如，在本实施例中，在建立控制设备与无人机的通信连接后，无人机控制者在控制设备的提示下，做出了令无人机垂直向上飞行的动作:握拳且手腕向下弯曲。如果令无人机垂直向上飞行的默认动作(该默认动作由无人机制造商或者控制设备的制造商预先设定)也是握拳且手腕向下弯曲，则无需更换默认设置;如果令无人机垂直向上飞行的默认动作是握拳且手腕向上弯曲，则采用“握拳且手腕向下弯曲”与“无人机垂直向上飞行”的匹配关系，代替掉默认的“握拳且手腕向上弯曲”与“无人机垂直向上飞行”的匹配关系，直至所有的动作训练完成。
[0043]图7为本发明提供的另一种基于可穿戴设备的无人机控制方法流程图。其中，可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定位置处，该方法包括如下步骤:
5701、与可穿戴设备建立指令配对关系的无人机接收可穿戴设备发送的控制指令；
5702、执行与控制指令相对应的飞行动作。
[0044]其中，控制指令由使用者的肌电信号及可穿戴设备的设备姿态信号经处理后得至IJ，肌电信号包括使用者多个肌肉表面的不同肌肉电信号的各自特征信息的组合，特征信息包括使用者的手势动作。
[0045]本发明提供的方法可实现控制设备体积小、无需占用双手、操作简单、图像采集识别率高，适用于对控制设备移动性要求较高的环境中，不受应用场景的限制。
[0046]综上，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。
【主权项】
1.一种基于可穿戴设备的无人机控制系统，包括无人机和可穿戴设备，所述无人机与 所述可穿戴设备通信连接，所述可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定位置处，其特征在于:所述可穿戴设备包括肌电信号采集装置、陀螺仪装置、处理装置及通信装置;其中，所 述肌电信号采集装置采集所述使用者的手势动作形成肌电信号，所述陀螺仪装置采集反映 所述可穿戴设备当前运动状态的设备姿态信号，所述处理装置处理所述肌电信号和所述设 备姿态信号形成对应的控制指令并通过所述通信装置发送至所述无人机，以完成对所述无 人机飞行状态的控制。2.—种可穿戴设备，佩戴于使用者身体的特定位置处并应用于基于可穿戴设备的无人 机控制系统，其特征在于，所述可穿戴设备包括肌电信号采集装置、陀螺仪装置、处理装置 及通信装置;其中，所述肌电信号采集装置采集所述使用者的手势动作形成肌电信号，所述 陀螺仪装置采集反映所述可穿戴设备当前运动状态的设备姿态信号，所述处理装置处理所 述肌电信号和所述设备姿态信号形成对应的控制指令并通过所述通信装置发送至所述无 人机，以完成对所述无人机飞行状态的控制。3.如权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备还包括电连接所述处 理装置的存储装置，所述存储装置存储有指令集匹配表，所述指令集匹配表中记录有所述 无人机可识别的，代表一定操作动作的控制指令与所述肌电信号的对应关系。4.如权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述陀螺仪装置包括实时反映所述可 穿戴设备运动状态的9轴运动处理传感器。5.如权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述肌电信号包括使用者的多个肌肉 表面的不同肌肉电信号的各自特征信息的组合，其中，所述特征信息反映使用者的手势动 作。6.—种基于可穿戴设备的无人机控制方法，所述可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定 位置处，其特征在于，所述方法包括如下步骤:采集所述使用者的肌电信号；采集反映所述可穿戴设备当前动状态信息的设备姿态信号；将所述肌电信号进行预处理，并结合所述设备姿态信号，经过处理形成控制指令；将所述控制指令发送至与所述可穿戴设备建立指令配对关系的无人机以供所述无人 机执行与所述控制指令相对应的飞行动作。7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，将所述肌电信号进行预处理，包括:对所述肌电信号进行数字化处理，形成数字化肌电信号；提取所述数字化肌电信号中表征使用者多个肌肉表面的不同肌电信号的各自特征信息的组合，所述特征信息反映使用 者的手势动作。8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在采集所述使用者的肌电信号之前，还 包括:判断手势动作与无人机飞行动作的对应关系与默认的指令配对关系是否一致;如果不 一致，将所述默认的指令配对关系更新为使用者重新设定的匹配关系。9.一种基于可穿戴设备的无人机控制方法，所述可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定 位置处，其特征在于，所述方法包括如下步骤:与所述可穿戴设备建立指令配对关系的无人机接收所述可穿戴设备发送的控制指令，执行与所述控制指令相对应的飞行动作；其中，所述控制指令由使用者的肌电信号及可穿戴设备的设备姿态信号经处理后得 至IJ，所述肌电信号包括使用者多个肌肉表面的不同肌肉电信号的各自特征信息的组合，所 述特征信息包括使用者的手势动作。
【文档编号】G05D1/10GK105955306SQ201610573089
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月20日
【发明人】李军强, 李玮琛, 刘汉成
【申请人】西安中科比奇创新科技有限责任公司