CN108710443B - 位移数据的生成方法和控制*** - Google Patents

位移数据的生成方法和控制*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种位移数据的生成方法和控制***,涉及电子技术领域。该生成方法包括:基于运动传感器获取移动对象的旋转角;以及根据旋转角按照预设的换算关系获取相应的位移数据。本发明实施例通过使用运动传感器获取的位移数据来控制被控制设备执行位移数据相对应的操作,无需使用机械遥杆,进而不存在机械遥杆容易损坏、使用寿命短的问题,从而有效延长了被控制设备的使用寿命。

Description

位移数据的生成方法和控制***
技术领域
本发明涉及电子技术领域,尤其涉及一种位移数据的生成方法和控制***。
背景技术
目前,由机械遥杆产生控制信号的设备(例如,抓娃娃机、格斗游戏机等),均存在机械遥杆容易损坏、使用寿命短的问题,进而导致这类设备的使用寿命的缩短。
因此,如何延长这类设备的使用寿命成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例致力于提供一种控制信号对应的位移数据的生成方法和控制***,可以解决现有技术中机械遥杆使用寿命短的问题。
本发明第一方面提供了一种位移数据的生成方法,包括:基于运动传感器获取移动对象的旋转角;以及根据旋转角按照预设的换算关系获取相应的位移数据。
在本发明的一个实施例中,生成方法适用的装置包括贴附模块,用于贴附在移动对象上,其中,贴附模块包括运动传感器。
在本发明的一个实施例中,移动对象为用户的手掌,旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的两个,位移数据包括X轴变化量、Y轴变化量和Z轴变化量中的两个,其中,航向角的旋转轴的指向为垂直手掌向上,横滚角的旋转轴的指向为手掌对应的手臂沿手掌一侧的延伸方向,俯仰角的旋转轴的指向按照右手坐标系确定。
在本发明的一个实施例中,旋转角包括俯仰角和横滚角,位移数据包括X轴变化量和Y轴变化量,预设的换算关系包括X轴变化量与横滚角一一对应,以及Y轴变化量与俯仰角一一对应,其中,X轴变化量的变化范围在0到255之间,Y轴变化量的变化范围在0到255之间,俯仰角的变化范围在-90°到90°之间,横滚角的变化范围在0°到180°之间。
在本发明的一个实施例中,旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的至少一个,运动传感器包括九轴运动传感器,基于运动传感器获取移动对象的旋转角包括:将九轴运动传感器检测的数据按照姿态解算算法换算,得到欧拉角。
本发明第二方面提供了一种控制***,包括:运动传感器和控制器,其中,控制器配置为:基于运动传感器获取移动对象的旋转角;以及根据旋转角按照预设的换算关系获取相应的位移数据。
在本发明的一个实施例中,运动传感器设置在贴附模块上,贴附模块用于贴附在移动对象上。
在本发明的一个实施例中,移动对象为用户的手掌,旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的两个,位移数据包括X轴变化量、Y轴变化量和Z轴变化量中的两个,其中,航向角的旋转轴的指向为垂直手掌向上,横滚角的旋转轴的指向为手掌对应的手臂沿手掌一侧的延伸方向,俯仰角的旋转轴的指向按照右手坐标系确定。
在本发明的一个实施例中,旋转角包括俯仰角和横滚角,位移数据包括X轴变化量和Y轴变化量,预设的换算关系包括X轴变化量与横滚角一一对应,以及Y轴变化量与俯仰角一一对应,其中,X轴变化量的变化范围在0到255之间,Y轴变化量的变化范围在0到255之间,俯仰角的变化范围在-90°到90°之间,横滚角的变化范围在0°到180°之间。
在本发明的一个实施例中,旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的至少一个,运动传感器包括九轴运动传感器,控制器将九轴运动传感器检测的数据按照姿态解算算法换算,得到欧拉角。
本发明实施例通过使用运动传感器获取的位移数据来控制被控制设备执行位移数据相对应的操作,无需使用机械遥杆,进而不存在机械遥杆容易损坏、使用寿命短的问题,从而有效延长了被控制设备的使用寿命。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的位移数据的生成方法的示意性流程图。
图2是根据本发明一个实施例的右手坐标系的示意图。
图3是根据本发明一个实施例的控制***的示意性组成图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1是根据本发明一个实施例的位移数据的生成方法的示意性流程图,该方法可以由应用该位移数据的装置执行。
步骤110,基于运动传感器获取移动对象的旋转角。
具体地,运动传感器作为物体运动的检测装置,可以用于监测运动物体的方位,且常用的运动传感器有三轴运动传感器、六轴运动传感器和九轴运动传感器等。例如,当运动传感器为九轴运动传感器时,可以包括三轴加速度传感器、三轴地磁传感器和三轴陀螺仪,此时九轴运动传感器产生的测量数据可以对应三轴加速度传感器的数据、三轴地磁传感器的数据和三轴陀螺仪的数据。
移动对象即是运动传感器检测的运动物体,可以是手持装置,也可以直接是用户的手掌,这里对此不做限定。例如,当移动对象是用户的手掌时,运动传感器可以用于获取手掌的位移数据,进而实现了以手掌作为操作装置对被控制设备的控制。进一步地,位移数据可以与控制信号一一对应,且被控制设备可以根据位移数据确定控制信号,进而执行控制信号对应的操作。
另外,由于欧拉角刻画旋转变化更直观,因此,旋转角可以对应欧拉角中的至少一个,即旋转角可以对应横滚角(roll)、航向角(yaw)和俯仰角(pitch)中的至少一个。
步骤120,根据旋转角按照预设的换算关系获取相应的位移数据。
具体地,位移数据可以包括X轴变化量、Y轴变化量和Z轴变化量中的至少一种,即可以对应二维直角坐标系,也可以对应三维直角坐标系。应当理解,这里的旋转角和位移数据可以对应移动对象在移动的过程中,从起始位置到终止位置的空间变化量。
另外,预设的换算关系可以指任意能够将运动传感器检测的数据与移动对象的旋转角建立对应关系的算法,这里对于不做限定。具体地,预设的换算关系可以表示函数关系,例如,旋转角的横滚角和位移数据的X轴变化量一一对应,也可以是通过查表确定的相对应的两个值,例如,该表可以是关系数据库表,这里对比不做限定。
本发明实施例通过使用运动传感器获取的位移数据来控制被控制设备执行位移数据相对应的操作,无需使用机械遥杆,进而不存在机械遥杆容易损坏、使用寿命短的问题,从而有效延长了该被控制设备的使用寿命。
在本发明的另一个实施例中,该生成方法适用的装置包括贴附模块,用于贴附在移动对象上,其中,贴附模块包括运动传感器。
具体地,由于运动传感器属于电子元件,体积较小,因此可以做成贴片的形式,贴附在移动对象上,以便可以跟随移动对象一起移动,进而检测移动对象的空间方位变化,获取位移数据。例如,当移动对象是用户的手掌时,该贴片可以贴附在手掌的任意位置。
另外,控制器可以通过与运动传感器的通信来实现对运动传感器检测的数据的处理。具体地,运动传感器可以通过数据连接线与控制器连接,也可以通过无线的通信方式与控制器连接,这里对此不做限定。例如,该无线的通信方式可以是蓝牙、Wifi、2G、3G、4G、5G等网络中的任意一种。
在本发明的另一个实施例中,该生成方法适用的装置包括穿戴模块,例如,手套、首饰、可穿戴电子设备等,穿戴模块包括运动传感器。此时,移动对象可以是用户,用户可以穿戴该穿戴模块,从而使得运动传感器获取用户的位移数据。
图2是根据本发明一个实施例的右手坐标系的示意图。
在本发明的另一个实施例中,移动对象为用户的手掌,旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的两个,位移数据包括X轴变化量、Y轴变化量和Z轴变化量中的两个,其中,航向角的旋转轴1的指向为垂直手掌向上,横滚角的旋转轴2的指向为手掌对应的手臂沿手掌一侧的延伸方向,俯仰角的旋转轴3的指向按照右手坐标系确定;所述手掌与地面平行。
具体地,这里的X轴变化量、Y轴变化量和Z轴变化量可以是指相应的坐标值变化量。为了便于与实际情况相对应,也为了对每个旋转角的变化范围进行掌控,可以将欧拉角所在的右手坐标系的各个旋转轴按照如上的方式进行设定。例如,如图2所示,俯仰角可以对应手掌的前后旋转,横滚角可以对应手掌的左右旋转。
进一步地,控制信号对应的位移数据可以对应二维直角坐标系,因此,位移数据可以包括X轴变化量、Y轴变化量和Z轴变化量中的任意两个。为了满足与位移数据的一一对应关系,旋转角也可以包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的任意两个。例如,若位移数据包括X轴变化量和Y轴变化量,旋转角包括欧拉角的横滚角和俯仰角,则X轴变化量可以与横滚角一一对应,Y轴变化量可以与俯仰角一一对应。应当理解,这只是示意性的,这里对于具体的对应关系不做限定。另外,X轴变化量、Y轴变化量和Z轴变化量的变化范围,可以是0到255,也可以是0到1023,还可以是其它的,这里对此也不做限定。相应地,旋转角的变化范围,可以是0°到180°,也可以是-90°到90°,还可以是其它的,这里对此也不做限定。
在本发明的另一个实施例中,旋转角包括俯仰角和横滚角,位移数据包括X轴变化量和Y轴变化量,预设的换算关系包括X轴变化量与横滚角一一对应,以及Y轴变化量与俯仰角一一对应,其中,X轴变化量的变化范围在0到255之间,Y轴变化量的变化范围在0到255之间,俯仰角的变化范围在-90°到90°之间,横滚角的变化范围在0°到180°之间。
具体地,为了对应实际的测量结果和应用场景,俯仰角、横滚角、X轴变化量和Y轴变化量的变化范围可以如上所述。进一步地,X轴变化量与横滚角的一一对应关系,Y轴变化量与航向角的一一对应关系可以采用函数进行描述,例如,X轴变化量用x表示,横滚角用roll表示,Y轴变化量用y表示,航向角用pitch表示,则对应的函数关系可以如下公式:
x=roll×255÷180,
y=(pitch+90)×255÷180。
在本发明的另一个实施例中,旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的至少一个,运动传感器包括九轴运动传感器,基于运动传感器获取移动对象的旋转角包括:将九轴运动传感器检测的数据按照姿态解算算法换算,得到欧拉角。
具体地,姿态解算算法可以采用卡尔曼滤波、粒子滤波和互补滤波算法中的一种。例如,在进行换算时,可以先根据九轴运动传感器检测的数据和时间戳获得四元数,然后可以再将四元数转换为欧拉角。
上面描述了根据本发明实施例的位移数据的生成方法,下面结合图3描述根据本发明实施例的控制***。
图3是根据本发明一个实施例的控制***300的示意性组成图。
如图3所示,控制***300可以包括:运动传感器310和控制器320,其中,控制器320配置为:基于运动传感器320获取移动对象的旋转角;以及根据旋转角按照预设的换算关系获取相应的位移数据。
本发明实施例通过使用运动传感器获取的位移数据来控制被控制设备执行位移数据相对应的操作,无需使用机械遥杆,进而不存在机械遥杆容易损坏、使用寿命短的问题,从而有效延长了被控制设备的使用寿命。
在本发明的另一个实施例中,运动传感器设置310在贴附模块上,贴附模块用于贴附在移动对象上。
在本发明的另一个实施例中,移动对象为用户的手掌,旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的两个,位移数据包括X轴变化量、Y轴变化量和Z轴变化量中的两个,其中,航向角的旋转轴1的指向为垂直手掌向上,横滚角的旋转轴2的指向为手掌对应的手臂沿手掌一侧的延伸方向,俯仰角的旋转轴3的指向按照右手坐标系确定。
在本发明的另一个实施例中,旋转角包括俯仰角和横滚角,位移数据包括X轴变化量和Y轴变化量,预设的换算关系包括X轴变化量与横滚角一一对应,以及Y轴变化量与俯仰角一一对应,其中,X轴变化量的变化范围在0到255之间,Y轴变化量的变化范围在0到255之间,俯仰角的变化范围在-90°到90°之间,横滚角的变化范围在0°到180°之间。
在本发明的另一个实施例中,旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的至少一个,运动传感器310包括九轴运动传感器,控制器将九轴运动传感器检测的数据按照姿态解算算法换算,得到欧拉角。
应当理解,上述各个实施例所提供的控制***中记载的每个模块、单元或组件都与前述的控制信号对应的位移数据的生成方法中的一个方法步骤相对应。由此,前述的方法步骤描述的操作和特征同样适用于该控制***及其中所包含的对应的模块、单元或者组件,重复的内容在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种位移数据的生成方法,其特征在于,包括:
基于运动传感器获取移动对象的旋转角;以及
根据所述旋转角按照预设的换算关系获取相应的位移数据;
其中所述位移数据包括X轴方向的变化量、Y轴方向的变化量和Z轴方向的变化量中的至少一个,所述位移数据用于控制被控设备执行与所述位移数据对应的操作;
其中,所述移动对象为用户的手掌,所述旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的至少一个,其中,所述航向角的旋转轴的指向为垂直所述手掌向上,所述横滚角的旋转轴的指向为所述手掌对应的手臂沿所述手掌一侧的延伸方向,所述俯仰角的旋转轴的指向按照右手坐标系确定;
其中,所述预设的换算关系包括所述X轴方向的变化量与所述横滚角一一对应,以及所述Y轴方向的变化量与所述俯仰角一一对应。
2.根据权利要求1所述的生成方法,其特征在于,所述生成方法适用的装置包括贴附模块,用于贴附在所述移动对象上,其中,所述贴附模块包括所述运动传感器。
3.根据权利要求1所述的生成方法,其特征在于,所述旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的两个,所述位移数据包括X轴方向的变化量、Y轴方向的变化量和Z轴方向的变化量中的两个。
4.根据权利要求3所述的生成方法,其特征在于,所述旋转角包括所述俯仰角和所述横滚角,所述位移数据包括所述X轴方向的变化量和所述Y轴方向的变化量,其中,所述X轴方向的变化量的变化范围在0到255之间,所述Y轴方向的变化量的变化范围在0到255之间,所述俯仰角的变化范围在-90°到90°之间,所述横滚角的变化范围在0°到180°之间。
5.根据权利要求1所述的生成方法,其特征在于,所述旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的至少一个,所述运动传感器包括九轴运动传感器,所述基于运动传感器获取移动对象的旋转角包括:
将所述九轴运动传感器检测的数据按照姿态解算算法换算,得到所述欧拉角。
6.一种控制***,其特征在于,包括:运动传感器和控制器,其中,所述控制器配置为:
基于运动传感器获取移动对象的旋转角;以及
根据所述旋转角按照预设的换算关系获取相应的位移数据;
其中所述位移数据包括X轴方向的变化量、Y轴方向的变化量和Z轴方向的变化量中的至少一个,所述位移数据用于控制被控设备执行与所述位移数据对应的操作;
其中,所述移动对象为用户的手掌,所述旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的至少一个,其中,所述航向角的旋转轴的指向为垂直所述手掌向上,所述横滚角的旋转轴的指向为所述手掌对应的手臂沿所述手掌一侧的延伸方向,所述俯仰角的旋转轴的指向按照右手坐标系确定;
其中,所述预设的换算关系包括所述X轴方向的变化量与所述横滚角一一对应,以及所述Y轴方向的变化量与所述俯仰角一一对应。
7.根据权利要求6所述的控制***,其特征在于,所述运动传感器设置在贴附模块上,所述贴附模块用于贴附在所述移动对象上。
8.根据权利要求6所述的控制***,其特征在于,所述旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的两个,所述位移数据包括X轴方向的变化量、Y轴方向的变化量和Z轴方向的变化量中的两个。
9.根据权利要求8所述的控制***,其特征在于,所述旋转角包括所述俯仰角和所述横滚角,所述位移数据包括所述X轴方向的变化量和所述Y轴方向的变化量,其中,所述X轴方向的变化量的变化范围在0到255之间,所述Y轴方向的变化量的变化范围在0到255之间,所述俯仰角的变化范围在-90°到90°之间,所述横滚角的变化范围在0°到180°之间。
10.根据权利要求6所述的控制***,其特征在于,所述旋转角包括欧拉角的横滚角、俯仰角和航向角中的至少一个,所述运动传感器包括九轴运动传感器,所述控制器将所述九轴运动传感器检测的数据按照姿态解算算法换算,得到所述欧拉角。
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