VR探索飞行器研究

引 言

本文设计的VR 探索飞行器融合了 VR（虚拟现实）技术和小型航拍飞行器，便于操作人员以第一视角远距离操控飞行器探查未知领域复杂环境，特别是灾难场所或救援人员前进困难的地区，能够准确为救援或其他活动提供第一手信息， 相较于第三视角，探索周边环境更加全面，具有更好的人机交互体验[1]。

1 系统介绍

VR 探索飞行器主要包括四个模块，即 VR 图像形成模块、飞行控制模块、动力模块和图像接收/ 处理模块。系统结构如图 1 所示。

飞行控制模块 ：该模块由飞控 APM 完成，控制四个电机 的转速进而控制飞机姿态，载有加速度计、陀螺仪、气压计、 罗盘等传感器。利用 M8NGPS 对飞行器进行精准定位，通过 无线遥控器来操作飞行器的基本动作（垂直、俯仰、滚转、偏 航、定点、定航运动）。

动力模块 ：该模块通过四个电调控制无刷电机为飞行器提供动力输出，包括电子调速器、无刷电机和锂电池。

图像采集模块 ：该模块完成图像信息的采集及传输，包括 700 线高清摄像头和AV 图传发射接收器TS832。

图像接收处理模块 ：该模块完成图像接收以及 VR 成像， 包括 UVC 采集卡、安卓系统手机、口袋APP、150 频点无线信号接收器。

2 工作原理

本文研究的四轴飞行器具有自稳、体积小、低功耗和定点定高的易控制性 ；搭载 700线高清摄像头，利用TS832进行图像采集和发射，手机端采用 UVC视频采集卡采集图像。视频传输可输出AV信号，也可通过无线传输到手机终端，支持智能手机安卓系统和iOS系统，将所传图像结合VR技术， 感受第一视角体验；控制系统使用 APM控制电机的转速进而控制飞行器的姿态，加上 M8NGPS完成定高定点返航等功能， 传输距离远且稳定，并且通过 OSD将接收的数据流（高度、飞行速度、坐标等）叠加到图像上；使用 OTG模块将 UVC 采集卡连接到手机端接收图像，在手机端用口袋APP来处理图像，最终通过VR眼镜形成VR图像，实现人机交互。VR 探索飞行器硬件组成模块如图 2所示。

3 创新点

本文的创新点如下：

实现了 VR技术与飞行器系统的融合。现阶段无人机技术发展迅速，在娱乐、工业和军事等方面都有应用，然而市场上的飞行器大多注重开发功能并提升无人机性能，却忽略了人机交互体验 [2]。飞行器的VR沉浸式体感控制系统融合了虚拟现实设备和体感控制系统，可创造更好的人机交互体验，探查时更加具体，人的感官可与飞行器拍摄实时同步，能清晰地观察并把握细节。

改进外形，更好选取拍摄角度。本文改进了飞行器外形使其可多角度选取画面并立体地模拟现实环境，完美解决了拍摄角度选取困难的问题。新的结构主架使飞行器能更快速地飞行，节省时间，避免人力物力资源的浪费。使用 VR技术及新型结构主架，可使飞行器在快速飞行的同时模拟稳定的环境，做到真正的实时同步。在学术研究领域，基于视觉信息与传统的惯性导航系统的组合导航，能够解决目前待解决的室外导航难题，不仅提高了飞行器导航的精度，而且增强了导航的可靠性。

通过人机交互方式扩展飞行器应用领域。本文将虚拟现实技术与飞行器结合的最主要目的是扩展应用领域，即灾难救险及农业领域。操作人员可使用VR探索飞行器 360

全方位探测灾难场所的周边环境，第一时间做出最准确的判断， 减少人员伤亡和降低人力资源成本 ；同时，也可应用于农业大面积谷物生长的情况拍摄，不仅降低了操作难度，提高了工作效率，还大大降低了作业的劳动强度。如果操作人员第一时间未做出反应，也可根据视频采集功能进行二次查看。

4 结 语

VR 探索飞行器，除了具备使用普通航拍飞行器的功能外， 还拥有更易操控的特性和图像传输直观性。因此该系统在应用领域和特殊领域都有较大优势。应用领域 ：使用 VR 体感控制系统的原因在于系统的易操控性，操控者可灵活操控飞行器，又因图像传输的直观性，操控者可拥有更广阔且逼真的视野，实现对飞行的整体掌控。特殊领域 ：对于一些灾难救险工作、气候环境恶劣和大面积作业的研究领域来说，VR 探索飞行器是较好的观测工具，且该飞行器易于操控，便于人们使用[3]。同时，VR 图像系统还可让观测者更直观、更清晰地观测到研究对象，能够针对现场情况第一时间做出准确判断， 制定应对策略，减少人员伤亡并降低劳动强度。