CN209889100U - 一种基于手势控制的多旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种基于手势控制的多旋翼无人机，包括无人机本体和用于操控无人机本体的手势控制器，其中，手势控制器包括手套本体，手套本体包括主套体以及与主套体连通的手指套体，主套体内设有第一电源、主控制板和姿态传感器，主控制板上设有主控制器和第一无线通讯装置，手指套体内对应手指关节的位置设有光纤弯曲传感器，第一电源、姿态传感器、第一无线通讯装置和光纤弯曲传感器均与主控制器连接。通过上述方式，本实用新型实施例能够通过手势控制无人机本体，操控简单，携带方便且成本低。

Description

一种基于手势控制的多旋翼无人机

技术领域

本实用新型实施例涉及无人机技术领域，特别是涉及一种基于手势控制的多旋翼无人机。

背景技术

随着无人机技术的日益成熟，其应用领域也越来越广阔。在军用方面，无人机可用做侦察机和靶机，在民用方面，无人机可应用于航拍、农业、快递运输、灾难救援、测绘、电力巡检等领域。

现有的无人机操控方式多是手柄遥控，操作复杂，对操作者的专业性要求较高，携带起来也不方便，；另一种操控方式在无人机机身上安装图像传感器来识别使用者的手势，通过手势来控制无人机，这种控制方式虽然简便，但是成本较高，图像传感器识别用户手势需采集的数据量极大，后期处理算法也非常复杂；而且当无人机与使用者之间出现遮挡物时，图像传感器无法正常采集到用户手势，易造成无人机失控。

实用新型内容

本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种基于手势控制的多旋翼无人机，能够通过手势控制无人机本体，操控简单，携带方便且成本低。

为实现上述目的，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于手势控制的多旋翼无人机，包括无人机本体和用于操控所述无人机本体的手势控制器，其中，

所述手势控制器包括手套本体，所述手套本体包括主套体以及与所述主套体连通的手指套体，所述主套体内设有第一电源、主控制板和姿态传感器，所述主控制板上设有主控制器和第一无线通讯装置，所述手指套体内对应手指关节的位置设有光纤弯曲传感器，所述第一电源、所述姿态传感器、所述第一无线通讯装置和所述光纤弯曲传感器均与所述主控制器连接；

所述无人机本体包括机身、多个机臂以及设于各机臂的动力组件，每一所述动力组件包括旋翼和用于驱动所述旋翼的旋翼电机，所述机身内设有第二电源、飞控计算机和第二无线通讯装置，所述第二电源、各旋翼电机和所述第二无线通讯装置均与飞控计算机连接，所述飞控计算机和所述主控制器通过所述第二无线通讯装置和所述第一无线通讯装置无线连接。

可选地，所述手套本体包括多个手指套体，多个所述手指套体内对应手指关节的位置设有所述光纤弯曲传感器。

可选地，所述无人机本体还包括设置于所述机身下方的云台和搭载在所述云台上的云台相机，所述云台包括云台基座和云台电机，所述云台相机和所述云台电机均与所述飞控计算机连接。

可选地，所述手套本体上设有预警提示装置，所述预警提示装置与所述主控制器连接，所述预警提示装置用于在所述飞控计算机向所述主控制器发送预警指令的情况下，在所述主控制器的控制下进行预警提示。

在一些实施例中，所述光纤弯曲传感器包括光电模块、第一多芯光纤、单芯光纤和第二多芯光纤，其中，所述光电模块包括光发射端和光接收端，所述光发射端与所述第一多芯光纤的一端连接，所述第一多芯光纤的另一端弯曲后与所述单芯光纤的一端连接，所述单芯光纤的另一端通过所述第二多芯光纤与所述光接收端连接与所述光接收端连接；

部分所述第一多芯光纤和所述单芯光纤封装在保护层中，且所述第一多芯光纤和所述单芯光纤在所述保护层内呈U型结构。

可选地，所述单芯光纤包括纤芯和包层，所述单芯光纤一侧的部分包层被去除，或者部分包层及部分纤芯被去除。

可选地，所述第一多芯光纤、所述单芯光纤以及所述第二多芯光纤均为塑料光纤。

可选地，所述光电模块包括光源和光电探测器，所述光源和所述光电探测器集成为一体，且分别与所述主控制器连接，所述光发射端包括所述光源，所述光接收端包括所述光电探测器。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例的多旋翼无人机包括无人机本体和用于操控无人机本1的手势控制2，其中，手势控制2包括手套本体，手套本体包括主套体以及与主套体连通的手指套体，主套体内设有第一电源、主控制板和姿态传感器，主控制板上设有主控制器和第一无线通讯装置，手指套体内对应手指关节的位置设有光纤弯曲传感器，第一电源、姿态传感器、第一无线通讯装置和光纤弯曲传感器均与主控制器连接，主控制器用于根据姿态传感器和光纤弯曲传感器采集的数据信息生成操控指令，并通过第一无线通讯装置将操控指令发送给无人机本体，从而实现通过手势控制无人机本体的目的，操控简单，携带方便且成本低。

附图说明

图1是本实用新型实施例的多旋翼无人机的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的手势控制器的功能结构示意图；

图3是本实用新型实施例的无人机本体的功能结构示意图；

图4是本实用新型实施例的光纤弯曲传感器的结构示意图；

图5是本实用新型实施例的光纤弯曲传感器中单芯光纤的结构示意图；

图6是本实用新型另一实施例的光纤弯曲传感器中单芯光纤的结构示意图；

图7是本实用新型另一实施例的光纤弯曲传感器中光电模块的输出数据图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型实施例提供一种基于手势控制的多旋翼无人机，多旋翼无人机，即为一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机，本实施以四旋翼无人机为例，请参阅图1至图3，如图1所示，多旋翼无人机包括无人机本体1和用于操控无人机本体1的手势控制器2。

其中，手势控制器2包括手套本体21，手套本体21包括主套体以及与主套体连通的手指套体，主套体内设有第一电源22、主控制板23和姿态传感器24，主控制板23上设有主控制器231和第一无线通讯装置232，手指套体内对应手指关节的位置设有光纤弯曲传感器25，第一电源22、姿态传感器24、第一无线通讯装置232和光纤弯曲传感器25均与主控制器231连接。

无人机本体1包括机身11、多个机臂12以及设于各机臂的动力组件13，每一动力组件13包括旋翼和用于驱动旋翼的旋翼电机131，机身11内设有第二电源14、飞控计算机15和第二无线通讯装置16，第二电源14、各旋翼电机131和第二无线通讯装置16均与飞控计算机15连接，飞控计算机15和主控制器231通过第二无线通讯装置16和第一无线通讯装置232无线连接。

具体地，第一电源22用于为手势控制器2内的各个功能模块供电，第二电源14用于为无人机本体1内的各个功能模块供电。第一电源22和第二电源14均可以包括可充电电池、充电模块和电压转换模块，当第一电源22或第二电源14与外部电源连接时，通过充电模块向可充电电池进行充电，电压转换模块用于提供各个模块正常工作所需电压。

姿态传感器24用于采集操控者手部的姿态变化，光纤弯曲传感器25用于采集操控者手指的弯曲程度，主控制器231用于根据姿态传感器24和光纤弯曲传感器25采集的数据信息生成操控指令，并通过第一无线通讯装置232将操控指令发送给无人机本体1，从而实现手势控制无人机本体1飞行的目的。

无人机本体1的飞控计算机15通过第二无线通讯装置16接收上述操控指令，进一步地，根据上述操控指令驱动各旋翼电机131，以控制无人机本体1的运动。

本实施例中，手套本体21的主套体包括掌部套体和腕部套体，第一电源22设置于腕部套体中，主控制板23和姿态传感器24设置于掌部套体中。在其他实施例中，手套本体21也可以不设置腕部套体，和/或，将第一电源22、主控制板23和姿态传感器24均设置于掌部套体中。

可选地，手套本体21包括多个手指套体，多个手指套体内对应手指关节的位置设有光纤弯曲传感器25。例如，手套本体21包括五个手指套体，可在其中的两个或者三个手指套体内对应手指关节的位置设置光纤弯曲传感器25，不同的光纤弯曲传感器25可以对应不同的控制指令，使得手势控制器2可向无人机本体1发送更多的控制指令。

例如，当姿态传感器24采集到操控者手部的前/后动作、俯/仰动作或左/右动作时，主控制器231生成前/后运动指令、上/下运动指令或左/右运动指令，，飞控计算机15接收上述操控指令，并驱动各旋翼电机131控制无人机本体1的前/后运动、上/下运动或左/右运动。

当其中一光纤弯曲传感器25采集到操控者手指的弯曲时，控制器231生成悬停指令，飞控计算机15接收上述操控指令，并控制无人机本体1悬停；当另一光纤弯曲传感器25采集到操控者手指的弯曲时，控制器231生成翻滚指令，飞控计算机15接收上述操控指令，并控制无人机本体1翻滚。

需要说明的是，飞控计算机15根据操控指令驱动各旋翼电机131，以控制无人机本体1的运动为现有技术，本实用新型的技术方案的实现并不在于飞控计算机15对各旋翼电机131的驱动方式的改进，而是利用手势控制器2内各功能模块之间的连接关系、无人机本体1内各功能模块之间的连接关系、以及手势控制器2和无人机本体1之间的连接关系实现本实用新型的功能，主控制器231和飞控计算机15为具有一定逻辑运算能力的处理器，可以是合适类型的单片机(如STM32F429、Arduino)、微处理器等。

作为优选地方案，手套本体21上设有预警提示装置26，预警提示装置26与主控制器231连接，预警提示装置26用于在飞控计算机15向主控制器231发送预警指令的情况下，在主控制器231的控制下进行预警提示，以提醒用户操控无人机本体1返航。

预警提示装置26可以设置在手套本体21的手指套体、掌部套体和腕部套体的任意位置，可以包括LED、蜂鸣器和/或震动马达，在预警提示装置26为LED或蜂鸣器，LED或蜂鸣器显露于手套本体21的外表面。

在一实施例中，无人机本体1还包括设置于机身11下方的云台和搭载在云台上的云台相机17，云台相机17与飞控计算机15连接，通过其中一个手指的伸屈可控制云台相机17进行拍摄或录像。

其中，云台可以包括云台基座和云台电机18，云台电机18搭载在云台基座上，云台电机18包括横滚轴电机和/或俯仰轴电机，具体实施时，在无人机本体1悬停状态时，可根据操控者手部的动作，控制横滚轴电机和/或俯仰轴电机的转动。例如，可根据操控者手部的俯/仰动作，控制俯仰轴电机的正向/负向转动，以带动云台相机17的俯/仰运动。

在上述实施例中，如图4所示，光纤弯曲传感器25包括光电模块、第一多芯光纤251、单芯光纤252和第二多芯光纤253，其中，光电模块包括光发射端254和光接收端255，光发射端254与第一多芯光纤251的一端连接，第一多芯光纤251的另一端弯曲后与单芯光纤252的一端连接，单芯光纤252的另一端通过第二多芯光纤253与光接收端255连接；部分第一多芯光纤251和单芯光纤252封装在保护层256中，且第一多芯光纤251和单芯光纤252在保护层256内呈U型结构。

光发射端254发出的光，依次经过第一多芯光纤251、单芯光纤252和第二多芯光纤253后进入到光接收端255，由于光纤结构上的差异性，多芯光纤对弯曲不敏感，弯曲后损失的光强较小，而单芯光纤252弯曲后损失的光强较大，通过采用第一多芯光纤251和第二多芯光纤253进行导光传输，采用单芯光纤252进行弯曲检测，可将第一多芯光纤251和单芯光纤252在保护层256内设置成U型结构，使得光发射端254和光接收端255处于同一端，使用起来更加方便。

作为优选地方案，单芯光纤252包括包层2521和纤芯2522，单芯光纤12一侧的部分包层2521被去除，或者部分包层2521及部分纤芯2522被去除，使得单芯光纤252的一侧存在连续间隙(如图5所示)或者不连续间隙(如图6所示)，不仅能够提高弯曲检测的精度和灵敏度，还能够识别弯曲方向。

其中，单芯光纤252的一侧可经过打磨、物理切割、激光加工或化学腐蚀处理，使其一侧的部分包层2521被去除，或者部分包层2521及部分纤芯2522被去除。

在光纤弯曲传感器25处于平直状态时，因单芯光纤252一侧的结构不完整，其内部光透射到空气中发生损耗，导致进入到光接收端255的光强减小；在光纤弯曲传感器25向光纤结构不完整的一侧弯曲时(弯曲外弧为光纤结构完整的一侧)，随着弯曲角度的增大，其内部光透射到空气中的损耗减小，导致进入到光接收端255的光强增大；在光纤弯曲传感器向结构完整的一侧弯曲时(弯曲外弧为光纤结构不完整的一侧)，随着弯曲角度的增大，其内部光透射到空气中的损耗增大，导致进入到光接收端255的光强进一步减小。可见，通过光接收端255接收到的光强信号，便可实现弯曲程度的检测和弯曲方向的识别，具有较高的精度和灵敏度。

假设光纤弯曲传感器25保持平直态时，光电模块输出的电信号为单位1，在其末端施加一扰动使传感器自由振动时，光电模块的输出数据图如图7所示，随着向两侧弯曲程度的变化，光电模块输出的电信号变化不同，在弯曲角度越大时，光强增加或损耗的幅度也越大，因此，在光纤弯曲传感器25设置于与手指掌指关节对应的位置时，主控制器231通过光纤弯曲传感器25采集的数据，不仅能够确定手指的弯曲状态，还能够确定手指的弯曲方向。

在可识别手指的弯曲方向的基础上，通过手势控制器2可向无人机本体1发送更多的控制指令。例如，在一些实施例中，可直接通过其中一个手指的上/下弯曲控制无人机本体1的上/下运动，无需运动整个手部；又如，在无人机本体1的云台上设有横滚轴电机或俯仰轴电机时，在无人机本体1运动的过程中，可通过其中一个手指的上/下弯曲控制横滚轴电机或俯仰轴电机的正向/负向转动。

作为优选地方案，第一多芯光纤251、单芯光纤252以及第二多芯光纤253均为塑料光纤。塑料光纤(POF)是由高透明聚合物如聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)作为芯层材料，PMMA、氟塑料等作为皮层材料的一类光纤，与玻璃光纤相比，具有易加工、易弯曲，不易折断等优点。

作为优选地方案，第二多芯光纤21选择与第一多芯光纤11相同的光纤。

请继续参阅图4，保护层256内设有转环块257，第一多芯光纤251的弯曲部分和单芯光纤252的一端固定在转环块257内，转环块257用于使第一多芯光纤251和单芯光纤252同轴相连，以减小第一多芯光纤251和单芯光纤252之间的连接损耗。

保护层256内还设有连接块258，第二多芯光纤253的一端和单芯光纤252的另一端固定在连接块258内，连接块258用于使第二多芯光纤253和单芯光纤252同轴相连，以减少第二多芯光纤253和单芯光纤252之间的连接损耗。

第一多芯光纤251也可以固定在连接块258内，在实际应用中，可先通过转环块257将第一多芯光纤251和单芯光纤252固定，通过连接块258将单芯光纤252、第二多芯光纤253以及第一多芯光纤251固定，再将保护层256封装在转环块257和连接块258之外。

其中，光电模块包括光源和光电探测器，光源和光电探测器集成为一体，且光源和光电探测器分别与主控制器231连接；光发射端254包括光源，光接收端255包括光电探测器。光源可以为LED，光电探测器可以为任何可以将光信号转化为电信号的光电元件。

光电模块还包括第二连接块259，第二连接块259用于使第一多芯光纤251和第二多芯光纤253分别与光发射端254和光接收端255同轴相连。

本实施例的多旋翼无人机包括无人机本体1和用于操控无人机本体1的手势控制器2，其中，手势控制器2包括手套本体21，手套本体21包括主套体以及与主套体连通的手指套体，主套体内设有第一电源22、主控制板23和姿态传感器24，主控制板23上设有主控制器231和第一无线通讯装置232，手指套体内对应手指关节的位置设有光纤弯曲传感器25，第一电源22、姿态传感器24、第一无线通讯装置232和光纤弯曲传感器25均与主控制器231连接，主控制器231用于根据姿态传感器24和光纤弯曲传感器25采集的数据信息生成操控指令，并通过第一无线通讯装置232将操控指令发送给无人机本体1，从而实现通过手势控制无人机本体1的目的，操控简单，携带方便且成本低。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于手势控制的多旋翼无人机，其特征在于，包括无人机本体和用于操控所述无人机本体的手势控制器，其中，

所述手势控制器包括手套本体，所述手套本体包括主套体以及与所述主套体连通的手指套体，所述主套体内设有第一电源、主控制板和姿态传感器，所述主控制板上设有主控制器和第一无线通讯装置，所述手指套体内对应手指关节的位置设有光纤弯曲传感器，所述第一电源、所述姿态传感器、所述第一无线通讯装置和所述光纤弯曲传感器均与所述主控制器连接；

所述无人机本体包括机身、多个机臂以及设于各机臂的动力组件，每一所述动力组件包括旋翼和用于驱动所述旋翼的旋翼电机，所述机身内设有第二电源、飞控计算机和第二无线通讯装置，所述第二电源、各旋翼电机和所述第二无线通讯装置均与飞控计算机连接，所述飞控计算机和所述主控制器通过所述第二无线通讯装置和所述第一无线通讯装置无线连接。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征在于，

所述手套本体包括多个手指套体，多个所述手指套体内对应手指关节的位置设有所述光纤弯曲传感器。

3.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征在于，

所述无人机本体还包括设置于所述机身下方的云台和搭载在所述云台上的云台相机，所述云台包括云台基座和云台电机，所述云台相机和所述云台电机均与所述飞控计算机连接。

4.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征在于，

所述手套本体上设有预警提示装置，所述预警提示装置与所述主控制器连接，所述预警提示装置用于在所述飞控计算机向所述主控制器发送预警指令的情况下，在所述主控制器的控制下进行预警提示。

5.根据权利要求1-4任一项所述的多旋翼无人机，其特征在于，

所述光纤弯曲传感器包括光电模块、第一多芯光纤、单芯光纤和第二多芯光纤，其中，所述光电模块包括光发射端和光接收端，所述光发射端与所述第一多芯光纤的一端连接，所述第一多芯光纤的另一端弯曲后与所述单芯光纤的一端连接，所述单芯光纤的另一端通过所述第二多芯光纤与所述光接收端连接与所述光接收端连接；

部分所述第一多芯光纤和所述单芯光纤封装在保护层中，且所述第一多芯光纤和所述单芯光纤在所述保护层内呈U型结构。

6.根据权利要求5所述的多旋翼无人机，其特征在于，

所述单芯光纤包括纤芯和包层，所述单芯光纤一侧的部分包层被去除，或者部分包层及部分纤芯被去除。

7.根据权利要求6所述的多旋翼无人机，其特征在于，

所述第一多芯光纤、所述单芯光纤以及所述第二多芯光纤均为塑料光纤。

8.根据权利要求6所述的多旋翼无人机，其特征在于，

所述光电模块包括光源和光电探测器，所述光源和所述光电探测器集成为一体，且分别与所述主控制器连接，所述光发射端包括所述光源，所述光接收端包括所述光电探测器。

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