[发明专利]基于虚拟现实的仿生扑翼飞行机器人远程控制系统和方法

说明书

本发明提供一种基于虚拟现实的仿生扑翼飞行机器人远程控制系统和方法，属于飞行器控制技术领域。该方法首先获取扑翼机姿态和位置信息，然后虚拟扑翼机模型根据真实扑翼机的信息在仿真平台做出对应完全相同的动作；再根据GPS定位对应加载扑翼机所在环境场景，使虚拟环境与真实场景保持完全一致。最后，用户通过观测虚拟仿真平台画面，通过遥控器手柄控制飞行器转向和速度；虚拟控制平台接收用户遥控信号并转发至真实扑翼机，扑翼机执行控制指令后的位姿状态再经由无线串口发送给虚拟控制平台，实现虚拟控制平台与实物平台的动作统一。该方法扑翼机模型与环境的相对运动可以直观地展现，用户可以多层次，多角度观察飞行状态。

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，特别是指一种基于虚拟现实的仿生扑翼飞行机器人远程控制系统和方法。

背景技术

扑翼飞行机器人是一种模仿鸟类飞行方式的新型飞行器，在军事和工业领域具有广阔的应用前景：如低空侦察，城市作战，环境监测等。它的隐蔽性和低能耗等优点，使得它在军事和民用领域都具有重要的发展潜力。对于某些隐蔽的飞行任务如敌情检测，地形勘察等活动，如何实现对扑翼机的远程控制就显得尤为重要。

现有的扑翼机控制方法主要采用遥控器控制，由操作员根据飞行器的当前位置或者摄像头传输的图像发送飞行指令，指导飞行。然而，这种方法在扑翼机摄像头存在信号干扰或照明情况不良的情况下无法正常使用。为了解决这一问题，本发明提出一种新型的远程遥控方法，通过对扑翼机所处物理环境及机身进行建模，实时获取扑翼机姿态和位置，将真实模型映射到虚拟控制平台，通过对虚拟平台的观测来发送控制指令。相比于传统的远程遥控方法，本发明方法能更准确地判断周围环境，规避障碍物，确保飞行安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于虚拟现实的仿生扑翼飞行机器人远程控制系统和方法。

该系统包括扑翼机和虚拟控制平台，扑翼机设置姿态传感器、飞控板、GPS和无线串口模块A，虚拟控制平台包括无线串口模块B、上位机和遥控器；飞控板上设置姿态传感器和GPS，飞控板和无线串口模块A相连，遥控器控制上位机，上位机与无线串口模块B进行数据传输，无线串口模块A和无线串口模块B进行数据传输。

应用该系统的方法包括步骤如下：

S1：真实扑翼机根据信号飞行；

S2：获取真实扑翼机姿态和位置信息；

S3：虚拟扑翼机模型根据S2中获得的真实扑翼机的信息在虚拟控制平台做出对应完全相同的动作；

S4：根据GPS定位对应加载扑翼机所在环境场景，虚拟环境与真实场景保持完全一致；

S5：观测虚拟控制平台画面，通过遥控器手柄控制扑翼机飞行状态，如果扑翼机继续飞行，则返回S1，如果扑翼机完成飞行任务，则通过遥控手柄控制扑翼机降落。

其中，S2中真实扑翼机的姿态信息包括飞行姿态角和飞行高度。

S2中真实扑翼机的姿态和位置信息通过无线传输模块传输到虚拟控制平台。

虚拟控制平台载有物理引擎，能够检测碰撞，设置刚体组件。

虚拟控制平台为unity3D平台。

S4具体过程如下：

(1)遥测数据回传至地面站虚拟控制平台；

(2)地面站虚拟控制平台对回传数据解析处理；

(3)虚拟控制平台的仿真界面定位扑翼机当前位置并加载环境模型同时显示扑翼机姿态，实现扑翼机当前飞行状态重构与环境模型融合。

S5中通过遥控器手柄控制的扑翼机飞行状态包括航向左右变化、俯仰角变化、飞行速度高低变化，所述遥控器手柄可以替换为手机、键盘等任意一种输入设备。