一种体感控制方法与流程

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及是一种体感控制方法。

背景技术：

目前，随着遥控器的发展，人们对体感遥控器的要求越来越高，并且将体感遥控器运用在无人机上成为目前的无人机领域的趋势。

无人驾驶无人机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人无人机，目前大量应用在航拍、地貌的测量、运输等行业。

无人机在使用中具有成本低、使用方便、环境适应性强等特点，所以正逐步走进人们的普通生活，广受大家的喜爱与应用，一般的无人机的飞手都是直接通过遥控器控制无人机的飞行状态，但是这种控制方法并不能满足用户的需求，用户利用遥控器并不能真实感受无人机的无人机状态，现有的无人机遥控器越来越不能满足用户的需求。

因此，如何将人体的手势动作转换成控制无人机飞行的数据，来控制无人机的飞行，成为目前亟待解决的技术问题。

有鉴于此特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种将人体的手势动作转换成控制无人机飞行的数据，来控制无人机的飞行的体感控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明提供了一种体感控制方法，步骤包括：

s1，遥控器接收到体感激活命令时，获得遥控器当前姿态的初始矩阵dcminit；

s2，实时获取遥控器姿态变化的当前矩阵dcmcur；

s3，根据初始矩阵dcminit和当前矩阵dcmcur计算得到中间矩阵dcmrelative；

s4，将中间矩阵dcmrelative转换为最终矩阵dcmfinal；

s5，将最终矩阵dcmfinal换算成能够控制无人机姿态的控制量；

s6，遥控器与无人机通信，无人机根据所述控制量实施姿态调整。

优选地，所述步骤s1具体包括：

当接收到体感激活命令之后，记录初始四元数qinit，将初始四元数qinit转换成初始矩阵dcminit。

优选地，所述步骤s2具体包括：

每间隔预定时间就记录一个当前四元数qcur，并将当前四元数qcur转换成当前矩阵dcmcur。

优选地，所述预定时间为10ms至20ms。

优选地，所述中间矩阵dcmrelative为：

dcmrelative＝dcminit^t*dcmcur。

优选地，所述步骤s4具体包括：

将中间矩阵dcmrelative旋转90度得到最终矩阵dcmfinal。

优选地，所述步骤s5具体包括：

将所述最终矩阵dcmfinal转换成欧拉角，并根据所述欧拉角换算得到能够控制无人机姿态的控制量。

优选地，遥控器上设有姿态传感器，以姿态传感器中心为坐标原点o建立三维坐标系，所述欧拉角包括：

遥控器围绕x轴旋转值roll，遥控器围绕y轴旋转值pitch，遥控器围绕z轴旋转值yaw。

优选地，所述遥控器围绕y轴旋转值pitch为：

pitch＝arcsin(-dcmfinal[2][0])。

优选地，根据pitch的大小确定roll和yaw的值：

当时，则roll＝0，

当则

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

遥控器可以根据用户的手势操作来控制无人机的飞行状态，这样给用户带来更加真实的体验，方便用户对无人机的操控，给用户带来便利。

附图说明

为了更清楚的说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，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示出了本发明的一个实施例的体感控制方法的流程图；

图2示出了本发明的以姿态传感器中心为坐标原点o建立的三维坐标系的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

图1示出了本发明的一个实施例的体感控制方法的流程图。

如图1所示，本发明提供了一种体感控制方法，所述体感控制方法包括：

s1，遥控器接收到体感激活命令时，获得遥控器当前姿态的初始矩阵dcminit；

s2，实时获取遥控器姿态变化的当前矩阵dcmcur；

s3，根据初始矩阵dcminit和当前矩阵dcmcur计算得到中间矩阵dcmrelative；

s4，将中间矩阵dcmrelative转换为最终矩阵dcmfinal；

s5，将最终矩阵dcmfinal换算成能够控制无人机姿态的控制量；

s6，遥控器与无人机通信，无人机根据所述控制量实施姿态调整。

在上述技术方案中，当用户按下遥控器上的体感按钮，遥控器接收到体感激活命令后，就会获取体感遥控器此时的状态，并将该状态转换为初始矩阵dcminit，然后用户拿着体感遥控器进行手势操控过程中，就会实时获取体感遥控器的实时状态，并将该实时状态转换成当前矩阵dcmcur，这样就可以将初始矩阵dcminit和当前矩阵dcmcur进行一定的运算后得到中间矩阵dcmrelative；

另外，在欧拉角的奇点无法用欧拉角表示遥控器的姿态；欧拉角是描述刚体转动的三个轴角，为了要避开欧拉角的奇点需要对中间矩阵dcmrelative进行转换，并确定出最终矩阵dcmfinal，最后，就可以将最终矩阵dcmfinal转换成能够控制无人机姿态的控制量，并将这些控制量发送给无人机，进而控制无人机的飞行。

其中，无人机姿态的控制量包括：向前、后、左、右、上、下飞行，以及翻转等能够操控无人机飞行姿态的各个控制量。

通过上述技术方案，遥控器可以根据用户的手势操作来控制无人机的飞行状态，这样给用户带来更加真实的体验，方便用户对无人机的操控，给用户带来便利。

优选地，所述步骤s1具体包括：

当接收到体感激活命令之后，记录初始四元数qinit，将初始四元数qinit转换成初始矩阵dcminit。

在上述技术方案中，首先，体感遥控器在接收到体感激活命令之后，就会获取遥控器此时的初始四元数qinit，其中，初始四元数为qinit＝[w,x,y,z]，当中的qinit是四元数，w,x,y,z是四元数qinit的4个参数，体感遥控器是用陀螺仪和加速度计来算出四元数的，qinit中的每个四元数分别为：

w＝cos(theta/2)；x＝ax*sin(theta/2)；y＝ay*sin(theta/2)；z＝az*sin(theta/2)；(ax,ay,az)表示轴的矢量，theta表示绕此轴的旋转角度

通过上述技术方案，能够快速准确地计算出体感遥控器初始状态时的四元数qinit，并且将qinit转换为初始矩阵dcminit，为：

优选地，所述步骤s2具体包括：

每间隔预定时间就记录一个当前四元数qcur，并将当前四元数qcur转换成当前矩阵dcmcur。

在上述技术方案中，每间隔预定时间就会记录一次当前四元数qcur，然后将qcur转换成当前矩阵dcmcur，当前四元数qcur和当前矩阵dcmcur的转换关系如下：

qcur＝[w,x,y,z]

在上述技术方案中，为了保证获取当前四元数qcur的实时性，将预定时间设定为10ms至20ms。

优选地，所述中间矩阵dcmrelative为：

dcmrelative＝dcminit^t*dcmcur。

优选地，所述步骤s4具体包括：

将中间矩阵dcmrelative旋转90度得到最终矩阵dcmfinal。

在上述技术方案中，欧拉角是描述刚体转动的三个轴角，由于在欧拉角的奇点无法用欧拉角表示遥控器的姿态，因此为了避开欧拉角的奇点，需要将中间矩阵dcmrelative旋转90度得到最终矩阵dcmfinal，旋转方式如下：

通过上述技术方案，避免了dcmrelative在欧拉角的奇点无法确定转动方向的角度的问题，进而为无人机的正常飞行提供了保障。

优选地，所述步骤s5具体包括：

将所述最终矩阵dcmfinal转换成欧拉角，并根据所述欧拉角换算得到能够控制无人机姿态的控制量。

在上述技术方案中，为了能够根据用户的手势操作控制无人机的飞行姿态，需要将最终矩阵dcmfinal转换成欧拉角，并将相应的欧拉角转换成能够控制无人机飞行姿态的控制量，并将这些控制量发送到无人机上，进而控制无人机的飞行姿态。

优选地，遥控器上设有姿态传感器，如图2所示，以姿态传感器中心为坐标原点o建立三维坐标系，所述欧拉角包括：

遥控器围绕x轴旋转值roll，遥控器围绕y轴旋转值pitch，遥控器围绕z轴旋转值yaw。

在上述技术方案中，为了让无人机能够更好的根据用户的手势动作完成相应的动作，遥控器上设有姿态传感器，需要建立以姿态传感器中心为坐标原点o的坐标系，并分别用pitch、roll和yaw，代表围绕x轴旋转值、围绕y轴旋转值和围绕z轴旋转值，这样就可以直接将用户的手势动作转换成相应的欧拉角，进而再将相应的欧拉角转换成能够控制无人机的控制量，并将相应的控制量转换为控制电信号发送至无人机，控制无人机的飞行。

优选地，所述遥控器围绕y轴旋转值pitch为：

pitch＝arcsin(-dcmfinal[2][0])。

优选地，根据pitch的大小确定roll和yaw的值：

当时，则roll＝0，

当时，则

在上述技术方案中，首先根据dcmfinal得出无人机围绕x轴旋转值roll，并且判断是否小于0.001，如果小于则围绕y轴旋转值pitch为0，围绕z轴旋转值

通过上述技术方案，能够将最终矩阵dcmfinal转换为无人机飞行姿态的三维控制量pitch、roll和yaw，将pitch、roll和yaw的具体数值转换为能够发送给无人机的控制量，进而控制无人机的飞行姿态，完成用户想要无人机完成的动作。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。