跟随人体头部动作的体感摄像头云台及控制方法

摘要

本发明提供的是一种跟随人体头部动作的体感摄像头云台及控制方法。由发射机部分和接收机部分组成，发射机部分包括空间角度传感器、发射机控制电路和无线发射电路，空间角度传感器和发射机控制电路相连，发射机控制电路和无线发射电路相连；接收机部分包括无线接收电路、云台控制电路、舵机驱动电路和云台主体，无线接收电路和云台控制电路相连，云台控制店路和舵机驱动电路相连，舵机驱动电路和云台主体相连。发射机部分主要是采集人体头部的空间角度并通过无线发射电路将角度信息发送给接收机部分。接收机部分主要是接收发送机发送的人体头部的空间角度信息，并将这些信息用于云台主体的控制，从而使云台可以完全跟随人体的头部动作。

说明书

技术领域

本发明涉及一种体感控制云台，特别涉及一种跟随人体头部动作的体感摄像头云台。

背景技术

随着工业和科学技术的发展，人们对仪器操作的简便性提出了更高的要求，体感操控作为一种非常简便的操控方式得到了飞速的发展。传统的摄像头云台多为按键摇杆控制系统，其缺点为：

1.操作复杂，操作手需要经过一定的训练才能熟练操作；

2.灵活性不够，一般只能进行单轴的转动；

3.无法与VR眼镜相结合，临场感低。

因此，传统的控制方案在许多场合已经不适应新的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以完全跟随人体的头部动作的跟随人体头部动作的体感摄像头云台。本发明的目的还在于提供一种跟随人体头部动作的体感摄像头云台的控制方法。

本发明的跟随人体头部动作的体感摄像头云台由发射机部分和接收机部分组成，所述发射机部分主要包括空间角度传感器3、发射机控制电路1和无线发射电路3，空间角度传感器3和发射机控制电路1相连，发射机控制电路1和无线发射电路3相连；所述接收机部分主要包括无线接收电路4、云台控制电路5、舵机驱动电路6和云台主体7，无线接收电路4和云台控制电路5相连，云台控制店路5和舵机驱动电路6相连，舵机驱动电路6和云台主体7相连。

本发明的跟随人体头部动作的体感摄像头云台还可以包括：

所述云台主体7包括摄像头11、搭载摄像头的U型平台12、绕X轴转动的舵机13、绕Y轴转动的舵机14、绕Z轴转动的舵机15以及U型板16，摄像头11和搭载摄像头的U型平台12相连，搭载摄像头的U型平台12连接在绕X轴转动的舵机13的舵机转动圆盘上，绕X轴转动的舵机13和绕Y轴转动的舵机14相粘贴，绕Y轴转动的舵机14的舵机转动圆盘和U型板16相连，U型板16连接在绕Z轴转动的舵机15的舵机转动圆盘上。

还包括两块空间角度传感器，且两块空间角度传感器采用共同工作的方式分别采集人体头部和肩部的空间角度。

本发明的跟随人体头部动作的体感摄像头云台的控制方法为：

发射机部分：

第一步，初始化单片机时钟和相关接口，设定串口1和串口2的波特率为115200Bd，实现单片机和空间角度传感器的频率对接；

第二步，通过单片机的串口1中断和串口2中断分别接收安装在人体头部和肩部的空间角度传感器传回的数据包；

第三步，将接收到的数据包根据数据头解包，提取出X轴，Y轴，Z轴的空间角度的16位二进制数据；

第四步，将提取出的16位空间角度数据通过移位运算拆解成两个8位数据，然后将这些数据压到一个数据包中，整个数据包包含12个有效数据，设定数据包的包头为0x66，数据包的包尾为0x99；

第五步，单片机驱动无线发射模块将打包好的数据包发出；

在整个控制过程中，每100ms循环上述第二步到第五步；

接收机部分：

第六步，接收机对发机发送的数据包进行接收：首先单片机通过无线模块接收发送机发送的数据包，校验数据包包头0x66，数据包包尾0x99，若通过校验；然后通过移位运算将数据包中的12个有效8位数据还原为6个16位空间角度数据，然后还原头部和肩部空间角度传感器的空间角度；

第七步，单片机通过舵机启动控制舵机运动：当接收机开启电源，首先要保持头部静止十秒，将这十秒中采集的空间角度取平均值作为头部和肩部的初始零位；之后接收机蜂鸣器发出声音，提示可以开始头部的运动；然后每100ms将第一步采集并还原的头部和肩部的空间角度更新，并将接收到的头部X轴偏角和头部初始零位X轴偏角做差，作为云台主体绕X轴旋转舵机的偏转角；并将接收到的头部Y轴偏角和头部初始零位Y轴偏角做差，作为云台主体绕Y轴旋转舵机的偏转角；将接收到的头部Z轴空间角度和头部Z轴初始零位Z轴偏角作差作为头部Z轴的偏移量，将接收到的肩部Z轴偏角和初始零位肩部Z轴偏角做差，作为肩部Z轴偏移量，然后将头部Z轴偏移量和肩部Z轴偏移量做差，其结果作文云台主体绕Z轴旋转舵机的偏转角；最后，将云台主体绕X轴旋转舵机的偏转角，绕Y轴旋转舵机的偏转角和绕Z轴旋转舵机的偏转角转化为相应的50Hz的舵机控信号，通过舵机驱动控制舵机旋转。

本发明的跟随人体头部动作的体感摄像头云台及其控制方法，其优点有：

1.操作简单，通过头部动作控制云台，简单熟悉过后就可以熟练操作；

2.灵活度高，可以同时进行三轴的联动；

3.与VR眼镜相结合，有很强的临场感。

附图说明

图1为本发明的硬件结构框图；

图2a-图2b为云台主体的机械结构图；

图3为发射机部分的软件实现过程；

图4为接收机部分的软件实现过程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更详细地描述：

结合图1，图1为本发明的硬件结构框图。本发明的跟随头部动作的体感摄像头云台主要包括发射机和接收机两部分。其中发射机部分主要包括：空间角度传感器3，发射机控制电路1，无线发射电路2。其中空间角度传感器3和发射机控制电路1相连，发射机控制电路1和无线发射电路3相连。发射机部分完成的主要功能是采集人体头部的空间角度并通过无线发射电路将角度信息发送给接收机部分。接收机部分主要包括：无线接收电路4，云台控制电路5，舵机驱动电路6，云台主体7。其中无线接收电路4和云台控制电路5相连，云台控制店路5和舵机驱动电路6相连，舵机驱动电路6和云台主体7相连。接收机部分完成的主要功能是接收发送机发送的人体头部的空间角度信息，并将这些信息用于云台主体的控制，从而使云台可以完全跟随人体的头部动作。

结合图2a-图2b。云台主体包括：摄像头1，搭载摄像头的U型平台2，绕X轴转动的舵机3，绕Y轴转动的舵机4，绕Z轴转动的舵机5以及U型板6组成。其特征是：摄像头1和搭载摄像头的U型平台2相连，搭载摄像头的U型平台2连接在绕X轴转动的舵机3的舵机转动圆盘上，绕X轴转动的舵机3和绕Y轴转动的舵机4相粘贴，绕Y轴转动的舵机4的舵机转动圆盘和U型板6相连，U型板6连接在绕Z轴转动的舵机5的舵机转动圆盘上。云台控制电路分别控制这三个舵机的转角，使云台完全跟随人体头部动作。

结合图3，图3为发射机部分的软件实现过程。第一步，初始化单片机时钟和相关接口，设定串口1和串口2的波特率为115200Bd，实现单片机和空间角度传感器的频率对接。第二步通过单片机的串口1中断和串口2中断分别接收安装在人体头部和肩部的空间角度传感器传回的数据包。第三步，将接收到的数据包根据数据头解包，提取出X轴，Y轴，Z轴的空间角度的16位二进制数据。第四步，将提取出的16位空间角度数据通过移位运算拆解成两个8位数据，然后将这些数据压到一个数据包中，整个数据包包含12个有效数据，设定数据包的包头为0x66，数据包的包尾为0x99。第五步，单片机驱动无线发射模块将打包好的数据包发出。在整个控制过程中，每100ms循环上述第二步到第五步。发射机的主要功能是完成一定时间间隔采样空间角度，并通过无线模块发送数据包的工作。

结合图4，图4为接收机部分的软件实现过程。接收机部分主要完成两部分工作，第一步是完成数据包的接收和空间角度数据的还原，第二步是单片机通过舵机启动控制舵机运动。

第一步，接收机对发机发送的数据包进行接收：首先单片机通过无线模块接收发送机发送的数据包，校验数据包包头0x66，数据包包尾0x99，若通过校验，说明数据包完整接收。然后通过移位运算将数据包中的12个有效8位数据还原为6个16位空间角度数据，然后根据公式还原头部和肩部空间角度传感器的空间角度。这样就完成了数据包的接收和空间角度的还原。

第二步，单片机通过舵机启动控制舵机运动：当接收机开启电源，首先要保持头部静止十秒，将这十秒中采集的空间角度取平均值作为头部和肩部的初始零位。在这之后接收机蜂鸣器发出声音，提示可以开始头部的运动。然后每100ms将第一步采集并还原的头部和肩部的空间角度更新，并将接收到的头部X轴偏角和头部初始零位X轴偏角做差，作为云台主体绕X轴旋转舵机的偏转角；并将接收到的头部Y轴偏角和头部初始零位Y轴偏角做差，作为云台主体绕Y轴旋转舵机的偏转角；将接收到的头部Z轴空间角度和头部Z轴初始零位Z轴偏角作差作为头部Z轴的偏移量，将接收到的肩部Z轴偏角和初始零位肩部Z轴偏角做差，作为肩部Z轴偏移量，然后将头部Z轴偏移量和肩部Z轴偏移量做差，其结果作文云台主体绕Z轴旋转舵机的偏转角。最后，将云台主体绕X轴旋转舵机的偏转角，绕Y轴旋转舵机的偏转角和绕Z轴旋转舵机的偏转角转化为相应的50Hz的舵机控信号，通过舵机驱动控制相应的舵机旋转。在整个控制过程中重复上述循环，这样就实现了云台对人体头部动作的完全跟随。