CN105836148A - 可穿戴旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的可穿戴旋翼飞行器，包括能够戴在穿戴者手部上的环体和飞行器主体；环体为由中空的收纳装置和两端与收纳装置连接的弧形的环带包围形成的环形结构，环带上设有传感器组件；飞行器主体能够全部容纳在收纳装置中；还包括设置在环体上的控制模块，控制模块能够通过读取传感器组件的输出信号，分析得到穿戴者当前的手势动作，并从预存的控制命令中选出与该手势动作相匹配的控制命令，遥控飞行器主体飞行。该飞行器体积小，便于携带，并且穿戴者可以单手遥控飞行器主体，或边遥控边做其他事情，解放穿戴者双手，使用更加方便。

Description

可穿戴旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器领域，尤其涉及可穿戴旋翼飞行器。

背景技术

无人驾驶飞机在航空拍摄、空中运输等领域有广泛的应用，现有的无人驾驶飞行器多为旋翼飞行器，包括固定翼飞行器或者多轴飞行器，固定翼飞行器上设置一个或多个机翼，并且在机翼上设置螺旋桨，通过电机带动螺旋桨旋转产生的气流推动飞行器飞行。多轴飞行器是一种具有两个或更多旋翼轴的旋翼飞行器。

旋翼飞行器作为常用的飞行器，随着技术的发展，小型迷你旋翼飞行器的相关技术越来越成熟，除了用作遥控飞行表演模型外，还能轻易进入人不宜进入的各种恶劣环境，可执行航拍电影取景、实时监控、地形勘探等飞行任务。但是现有的旋翼飞行器体积比较大，不方便携带，导致了旋翼飞行器没有得到广泛的应用。另外，现有的旋翼飞行器多数采用遥控器控制，这就要求使用者要双手操作遥控器来控制飞行器飞行，使得使用者在遥控飞行器飞行时，双手不能空闲下来做其他事情，使用不方便。为此亟需提供一种体积小，便于携带，解放使用者双手，使用方便的可穿戴旋翼飞行器。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明专利目的在于怎么提供一种体积小，便于携带，解放使用者双手，使用方便的可穿戴旋翼飞行器。

为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

可穿戴旋翼飞行器，包括能够戴在穿戴者手部上的环体和飞行器主体；环体为由中空的收纳装置和两端与收纳装置连接的弧形的环带包围形成的环形结构，环带上设有传感器组件；飞行器主体能够全部容纳在收纳装置中；还包括设置在环体上的控制模块，控制模块能够通过读取传感器组件的输出信号，分析得到穿戴者当前的手势动作，并从预存的控制命令中选出与该手势动作相匹配的控制命令，遥控飞行器主体飞行。

作为上述方案的进一步优化，所述环带由多个连接块并排连接形成，每个连接块与其相邻的连接块之间弹性连接。

作为上述方案的进一步优化，所述传感器组件包括以下4种器件中的一种或者几种：肌电传感器，加速度传感器，陀螺仪和磁强计；肌电传感器用于采集穿戴者做出一手势动作时，手部肌肉运动在皮肤表面产生的生物电信号；加速度传感器用于采集穿戴者做出一手势动作时，手部运动的加速度；陀螺仪用于采集穿戴者做出一手势动作时，手部运动的角速度；磁强计用于监测穿戴者做出一手势动作时，手部运动过程中的磁场变化。

作为上述方案的进一步优化，所述穿戴者做出一手势动作时，控制模块通过分析肌电传感器的输出信号得到手部运动的动作信息，分析加速度传感器和陀螺仪的输出信号得到手部运动的速度信息与方向信息。

作为上述方案的进一步优化，所述环体上还设有音频采集单元，音频采集单元用于采集穿戴者的音频信号，并传递给控制模块，控制模块识别接收的音频信号，并与控制模块预存的音频命令比较，选择与音频信号相匹配的音频命令，遥控飞行器主体飞行。

作为上述方案的进一步优化，所述飞行器主体整体为中心对称结构，包括中空的外壳保护罩以及设置在外壳保护罩内腔中的电路板和机臂；电路板设置在外壳保护罩内腔中部；机臂为多个且对称设置，所有机臂长度相等且在电路板所在平面内向外延伸。

作为上述方案的进一步优化，所述“控制模块能够通过读取传感器组件的输出信号，分析得到穿戴者当前的手势动作”具体为：控制模块中预存有各种手势动作对应的传感器组件输出信号范围，当控制模块读取当前传感器组件输出信号，确定当前传感器组件输出信号落入的传感器组件输出信号范围，从而得到该传感器组件输出信号范围对应的手势动作。

作为上述方案的进一步优化，所述飞行器主体上还设有摄像头和无线通信模块，摄像头用于拍照或摄像，飞行器主体能够通过无线通信模块将摄像头拍摄的图片信息或视频信息下发给移动终端。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明提供的可穿戴旋翼飞行器，可以通过环体戴在使用者手部上，飞行器主体能够全部容纳在环体上的收纳装置中，飞行器体积小，便于携带。并且该飞行器可以通过识别穿戴者的手势动作或者是音频信号，来遥控飞行器主体飞行，穿戴者可以单手遥控飞行器主体，或边遥控边做其他事情，解放穿戴者双手，使用更加方便。

附图说明

图1为可穿戴旋翼飞行器的结构示意图。

图2为环体的结构示意图。

图3为飞行器主体的结构实体图。

图4为控制模块的框图。

其中，1-环体，11-收纳装置，12-电极片，13-传感器组件，

2-飞行器主体，21-外壳保护罩，22-电路板，23-旋翼。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

可穿戴旋翼飞行器，如图1-4所示，包括能够戴在穿戴者手部上的环体1和飞行器主体2；环体1为由中空的收纳装置11和两端与收纳装置11连接的弧形的环带包围形成的环形结构，环带上设有传感器组件13；飞行器主体能够全部容纳在收纳装置11中；还包括设置在环体1上的控制模块，控制模块能够通过读取传感器组件13的输出信号，分析得到穿戴者当前的手势动作，并从预存的控制命令中选出与该手势动作相匹配的控制命令，遥控飞行器主体2飞行。

具体实施时，环体可以为手环或臂环，收纳装置可以为收纳盒或固定槽，其中传感器组件也可以为电极片12。环体的外观与表带类似，收纳装置可以做成表盘大小。收纳装置上还可以设有盖子，一方面，防止放入收纳装置的飞行器主体掉落。另一方面，可以在环体上设有按钮，供穿戴者按下按钮，打开盖子取出飞行器主体。另外也可以通过手势动作打开收纳装置盖子，例如穿戴者做出伸平手臂且五指握拳的动作，控制模块识别出该动作后，即可打开收纳装置的盖子。

现在的飞行器大多需要使用遥控器等装置作为控制单元，能够脱离双手的飞行器的控制方法以及控制模式十分有限，无法达到完全释放双手并实现飞行器真正意义的可穿戴化。且飞行器已经被广泛应用于航拍、救援等各种场景。在采用飞行器进行航拍时，相关技术中需要由用户完全手动地对飞行器进行飞行和拍摄控制，不仅对用户的飞控水平要求高，而且用户只能专注于对飞行器主体的飞控，无法同时独立完成其他事件，对应用场景存在较大的限制。本发明的飞行器可以通过环体穿戴在使用者手部上，飞行器主体能够全部容纳在环体上的收纳装置中，飞行器体积小，便于携带。并且该飞行器可以通过识别穿戴者的手势动作，来遥控飞行器主体飞行，用环体完全代替了遥控器等双手控制装置的功能，穿戴者可以单手遥控飞行器主体，或边遥控边进行其他事情，解放穿戴者双手，使用更加方便，有效地增加了飞行器主体的应用场景，可适用于用户无法拿出同时使用双手控制的场景。另外通过手势动作遥控飞行器主体飞行，不需要使用者有较高的分飞行控制水平。

所述环带由多个连接块并排连接形成，每个连接块与其相邻的连接块之间弹性连接，环体上的连接块之间用弹性材料连接，这样如果该环体的传感器组件为肌电传感器，该环体就能够发生一定形变，具有一定的收缩和伸展性，适合于不同粗细手部的人穿戴，并且在戴好后能够收缩，使得环体内侧面紧贴穿戴者皮肤，肌电传感器更好地采集到皮肤表面产生的生物电信号，同时戴好的环体不容易掉。除此之外，环体也可以是一体成型的。

所述传感器组件13包括以下4种器件中的一种或者几种：肌电传感器，加速度传感器，陀螺仪和磁强计；肌电传感器用于采集穿戴者做出一手势动作时，由于手部肌肉运动在皮肤表面产生的生物电信号；其中肌电传感器要求设置在环带的内侧面上，且戴在穿戴者手部上时，要求机电传感器紧贴穿戴者皮肤；加速度传感器用于采集穿戴者做出一手势动作时，手部运动的加速度；陀螺仪用于采集穿戴者做出一手势动作时，手部运动的角速度；磁强计用于监测穿戴者做出一手势动作时，手部运动过程中的磁场变化。当肌电传感器为多个时，肌电传感器可以设置在环体的不同位置，使得肌电传感器能够采集到不同皮肤表面产生的生物电信号，得到的手势动作更加准确。

所述穿戴者做出一手势动作时，控制模块通过分析肌电传感器的输出信号得到手部运动的动作信息，分析加速度传感器和三轴陀螺仪的输出信号得到手部的速度信息，分析磁强计输出信号得到手部动作的运动方向信息。

所述环体1上还设有音频采集单元，例如麦克风。音频采集单元用于采集穿戴者的音频信号，并传递给控制模块，控制模块识别接收的音频信号，并与控制模块预存的音频命令比较，选择与音频信号相匹配的音频命令，遥控飞行器主体2飞行。

本实施例中的飞行器，控制模块可以采用4种模式进行控制：

①传感器组件只包括有肌电传感器，控制模块读取肌电传感器输出信号，分析得到穿戴者当前的手部运动的动作信息，例如：五指张开，握拳，向左或右挥动手臂，大拇指和中指快速连续敲击两次等。从预存的控制命令中选出与该动作信息相匹配的控制命令，遥控飞行器主体飞行。

②传感器组件只包括有加速度传感器，陀螺仪和磁强计，控制模块读取加速度传感器，陀螺仪和磁强计输出信号，分析得到穿戴者当前的手部运动的运动方向信息和速度信息，例如向左或右挥动手臂，手沿方形轨迹线挥动一周等。从预存的控制命令中选出与该运动方向信息和速度信息相匹配的控制命令，遥控飞行器主体飞行。

③传感器组件包括有肌电传感器，加速度传感器，三轴陀螺仪和磁强计，控制模块读取传感器组件输出信号，分析得到穿戴者当前的手势动作，从预存的控制命令中选出与该手势动作相匹配的控制命令，遥控飞行器主体飞行。

④通过麦克风采集穿戴者的音频信号，并传递给控制模块，控制模块识别接收的音频信号，通过去噪、滤波等处理后得到用户的语音指令，并与控制模块预存的音频命令比较，选择与语音指令相匹配的音频命令，遥控飞行器主体飞行。

飞行器主体如果没有接收到新的命令，就按照其当前的飞行状况继续飞行。控制模块如果找到与手势动作相匹配的控制命令，认为接收到了穿戴者发出的指令。当飞行器主体接收到控制装置发来的指令时，启动与该指令相对应的功能，例如：飞行模式的控制，包括：上、下、左、右、前、后飞行模式，定高飞行模式，旋转模式，起飞模式，降落模式；飞行器主体进入拍照模式；飞行器主体进入摄像模式；飞行器进入图像识别模式；打开收纳装置盖子，准备放飞飞行器主体等。

所述“控制模块能够通过读取传感器组件13的输出信号，分析得到穿戴者当前的手势动作”具体为：控制模块中预存有各种手势动作对应的传感器组件13输出信号范围，当控制模块读取当前传感器组件13输出信号，确定当前传感器组件13输出信号落入的预存的传感器组件13输出信号范围，从而得到该传感器组件13输出信号范围对应的手势动作。

例如：控制模块中预存有五指张开的手势动作对应的表面肌电信号，定义为第一信号，设置与“五指张开”的动作相对应的控制命令为飞行器起飞。将环体戴在手上，当手部做出“五指张开”的动作时，肌电传感器采集到相应生物电信号后，将该生物电信号与处理器中预设的第一信号进行对比，符合认为接收到了手势命令，控制模块通过无线模块把“飞行器起飞”的控制命令发给飞行器主体，飞行器主体接收到此指令后，进入起飞模式，即从地面开始起飞，不断上升至预设定的高度后在此高度下飞行。

如图4所示，该飞行器包括有采集单元，判定单元，启动单元，启动子单元和保持子单元。采集单元：采集传感器组件的输出信号。判定单元：根据采集到的生物电信号，或是加速度、角速度、磁场等数据，分析得到对应的手势动作，或者是根据接收到的音频信号，通过算法确定相对应的语音指令，并判定语音指令选择对应的音频命令。启动单元，飞行器主体根据判定单元的结果，进入不同的子单元，启动与控制命令相对应的飞行模式。启动单元包括启动子单元和保持子单元。启动子单元，若判定结果是符合预设动作特征或预设音频命令，则进入启动子单元，启动与控制命令对应的飞行模式。保持子单元，若判定结果是不符合预设特征或音频命令，则进入保持子单元，保持飞行器主体原先的飞行模式。

预设飞行器主体模式包括：飞行模式的控制，包括：上、下、左、右、前、后飞行模式，定高飞行模式，旋转模式，起飞模式，降落模式。飞行器主体进入每间隔3S拍一张照片的拍照模式。飞行器主体进入摄像模式；打开收纳装置，准备放飞飞行器主体等。

控制模块的硬件组成如下：包括处理组件，存储器，电源组件，无线通信组件，传感器组件，I/O接口，音频组件。处理组件控制装置的整体操作，诸如采集表面肌电信号，滤波去噪，数据分析，无线传输等操作。处理组件可以包括一个或多个处理器来执行指令，以完成上述全部或部分操作。存储器被配置为存储各种类型的数据以支持装置的操作，可以由任何类型的存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器等。

电源组件为装置里的各部分组件供电，电源组件可以包括电源管理系统，一个或多个电源。无线通信组件被配置为便于控制装置和飞行器主体设备之间的无线通信，常用WIFI或是低功耗蓝牙。I/O接口为处理组件和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，按钮等。音频组件中包括麦克风，它被配置为接收外部音频信号，所接受的信号可传入处理器进行处理，识别出用户所发出的音频命令。

所述飞行器主体2整体为中心对称结构，这样能保证飞行器平稳地飞行。包括中空的外壳保护罩21以及设置在外壳保护罩21内腔中的电路板22，机臂和旋翼23；电路板22设置在外壳保护罩21内腔中部；机臂为多个且对称设置，所有长度相等在电路板22所在平面内向外延伸；旋翼23分别设置在机臂的外端部上，且旋翼23的旋转平面位于同一平面上，保证飞行器平稳地飞行。外壳保护罩可以是将电路板、机臂和旋翼包围起来形成的中心对称的一圈保护圈，以保证飞行器主体起飞时，旋翼不会被收纳装置的内壁撞击到而损坏，以及降低在飞行中撞到障碍物而损坏的几率。飞行器主体整体呈近似正方形，具体实施时，环体宽度大约4、5厘米，飞行器主体外壳保护罩的对角线长度大约为5厘米，能够恰好放入收纳装置中，并且不影响飞行器主体的正常起飞过程。外壳保护罩的尺寸大小由飞行器主体的大小确定，能刚好放入整个飞行器主体即可。

所述飞行器主体2上还设有摄像头和无线通信模块，摄像头用于拍照或摄像，飞行器主体2能够通过无线通信模块将摄像头拍摄的图片信息或视频信息下发给移动终端。摄像头可以实现拍照和摄像的功能，可设置不同的拍照和摄像模式（例如：每间隔3S拍一张照片的拍照模式）。根据控制模块中的设置，用不同的手势来控制飞行器主体实现相应的拍照和摄像模式。摄像头可以进行图像采集，通过提取物体的特征量，来识别物体或用户以及他们的方向。飞行器主体上还带实时传输通信模块，当飞行器主体进入拍照或摄像模式后，可通过WIFI等通信方式（此处不对通信方式限定）进行图像的实时传输，传输到手机、电脑等智能装备上，以供用户随时查看。能够完成野外探路等功能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.可穿戴旋翼飞行器，其特征在于，包括能够戴在穿戴者手部上的环体和飞行器主体；环体为由中空的收纳装置和两端与收纳装置连接的弧形的环带包围形成的环形结构，环带上设有传感器组件；飞行器主体能够全部容纳在收纳装置中；还包括设置在环体上的控制模块，控制模块能够通过读取传感器组件的输出信号，分析得到穿戴者当前的手势动作，并从预存的控制命令中选出与该手势动作相匹配的控制命令，遥控飞行器主体飞行。

2.如权利要求1所述的可穿戴旋翼飞行器，其特征在于，所述环带由多个连接块并排连接形成，每个连接块与其相邻的连接块之间弹性连接。

3.如权利要求1所述的可穿戴旋翼飞行器，其特征在于，所述传感器组件包括以下4种器件中的一种或者几种：肌电传感器，加速度传感器，陀螺仪和磁强计；肌电传感器用于采集穿戴者做出一手势动作时，手部肌肉运动在皮肤表面产生的生物电信号；加速度传感器用于采集穿戴者做出一手势动作时，手部运动的加速度；陀螺仪用于采集穿戴者做出一手势动作时，手部运动的角速度；磁强计用于监测穿戴者做出一手势动作时，手部运动过程中的磁场变化。

4.如权利要求3所述的可穿戴旋翼飞行器，其特征在于，所述穿戴者做出一手势动作时，控制模块通过分析肌电传感器的输出信号得到手部运动的动作信息，分析加速度传感器和陀螺仪的输出信号得到手部运动的速度信息与方向信息。

5.如权利要求1所述的可穿戴旋翼飞行器，其特征在于，所述环体上还设有音频采集单元，音频采集单元用于采集穿戴者的音频信号，并传递给控制模块，控制模块识别接收的音频信号，并与控制模块预存的音频命令比较，选择与音频信号相匹配的音频命令，遥控飞行器主体飞行。

6.如权利要求1所述的可穿戴旋翼飞行器，其特征在于，所述飞行器主体整体为中心对称结构，包括中空的外壳保护罩以及设置在外壳保护罩内腔中的电路板和机臂；电路板设置在外壳保护罩内腔中部；机臂为多个且对称设置，所有机臂长度相等且在电路板所在平面内向外延伸。

7.如权利要求1所述的可穿戴旋翼飞行器，其特征在于，所述“控制模块能够通过读取传感器组件的输出信号，分析得到穿戴者当前的手势动作”具体为：控制模块中预存有各种手势动作对应的传感器组件输出信号范围，当控制模块读取当前传感器组件输出信号，确定当前传感器组件输出信号落入的传感器组件输出信号范围，从而得到该传感器组件输出信号范围对应的手势动作。

8.如权利要求1所述的可穿戴旋翼飞行器，其特征在于，所述飞行器主体上还设有摄像头和无线通信模块，摄像头用于拍照或摄像，飞行器主体能够通过无线通信模块将摄像头拍摄的图片信息或视频信息下发给移动终端。