[发明专利]一种用于VR头盔控制无人机运动的映射机制

说明书

本发明公开一种基于VR头盔(Head mounted display，HMD)的运动映射机制，用于控制无人机(Unmanned aerial vehicle，UAV)的飞行。通过对基本的速率控制运动映射机制进行改进，引入一种自适应的原点更新策略，在用户不借助任何辅助工具的情况下，解决了基本速率控制映射机制中固有的自归中问题。同时，在无人机上加入云台补充了相机的两个自由度，实现了全部6个自由度的视角控制，也补偿了无人机的飞行抖动，获得更稳定的视频流。

技术领域

本发明涉及无人机和虚拟现实技术领域，尤其涉及通过改进运动映射机制，提升VR用户在进行无人机远程观景时的操控和观看体验，具体为一种用于VR头盔控制无人机运动的映射机制。

背景技术

远程观景是虚拟现实(VR)领域的一个新概念，它实现了用户在虚拟场景中与远程景观的实时交互。普通的VR技术向用户提供了计算机合成场景的沉浸式体验，而远程观景系统更有可能被用于现实世界。该项技术给予用户实时的在线观感，可以被应用于包括商业、科学、游戏、影视等各个领域。

近些年机器人正经历飞速发展，人们将其用于探索一些危险的或者人类难以到达的区域。无人机(UAV)具有足够的自由度和监测天空、山脉等广阔空间的可能性，与其他远程机器人相比，显示出优越的能力，尤其是在远程任务中。鉴于此，研究人员更感兴趣的是通过使用不同的自然用户界面(如手势和语音)和3D显示设备来开发无人机电传信息系统。

公开号CN105955470A的中国专利公开了一种头盔显示器的控制方法及装置，其技术方案是：判断头盔显示器中控制光标的位置是否落在虚拟界面中的可操作目标上；当所述控制光标落在所述可操作目标上时，弹出操作控制窗口，所述操作控制窗口中展示有确认选中所述可操作目标的头盔操作动作图形；判断所述控制光标的操作动作与所述操作控制窗口中的头盔操作动作是否一致，若一致则确认选中所述可操作目标。该专利主要用于VR头盔的界面操作控制，不能对无人机进行全部6个自由度的控制，用户体验感不佳。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于VR头盔控制无人机运动的映射机制，通过改进运动映射机制，实现一种能够对无人机进行全部6个自由度控制的操控方式，提升VR用户在进行无人机远程观景时的操控体验和观看效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于VR头盔控制无人机运动的映射机制，包括：一种引入自适应原点更新策略进行改进后的速率控制映射机制，在该机制下，不借助任何辅助设备来解决速率控制机制中固有的自归中问题；一种全部6个自由度的无人机视点控制机制。

优选地，在无人机上加入相机云台，利用相机云台实现滚转角和俯仰角旋转。

优选地，所述6个自由度包括无人机前后左右4个方向的平移、相机云台的滚转角旋转和俯仰角旋转。

优选地，所述引入自适应原点更新策略进行改进后的速率控制映射机制，包括：

S1，以用户的初始位置作为原点，始终以用户面朝的方向为x轴的正方向，始终以用户左手的方向为y轴的正方向，以向上的方向为z轴的正方向；

S2，设定圆心为原点，半径r为2个步长的圆的范围内为归中区域，在这个区域内，用户头部的偏航角被映射到无人机的偏航角，滚转角和俯仰角则分别映射到相机云台的滚转角和俯仰角，x轴和y轴的运动不影响无人机的运动，即无人机保持悬停，用户踮起脚抬升头部高度则无人机上升，下蹲降低头部高度则无人机下降，上升和下降的速度随用户头部上下位移的幅度线性变化；

S3，当用户走出归中区域后，记用户的位置向量为该向量从原点出发指向用户当前所在的位置，此时用户头部的偏航角被映射到无人机的偏航角，滚转角和俯仰角分别被映射到相机云台的滚转和俯仰角，用户的位置被映射到无人机的速度，用户踮起脚抬升头部高度则无人机上升，下蹲降低头部高度则无人机下降，上升和下降的速度随用户头部上下位移的幅度线性变化；