CN109739295B - 一种移动装置的远程遥控器及其遥控方法 - Google Patents

Abstract

为克服现有控制器的控制方向与移动装置的移动方向易出现相反的不足，本发明提供了一种遥控方向与移动装置移动方向相同且无需观看操控器的远程遥控器，并同时公开了其遥控方法。所述远程遥控器包括遥控器本体，遥控器本体包括总开关，其遥控的移动装置内部包括驱动电机，遥控器本体内具有惯性测量单元和传输模块，移动装置内包括传输接收模块，遥控器本体或/和移动装置内安装有计算模块；将遥控器本体与移动装置之间建立数据通讯，打开总开关，惯性测量单元采集遥控器本体的运动数据并传输给计算模块，计算模块利用数据计算出遥控器本体的运动状态并发送运动指令给移动装置，移动装置做出与遥控器本体一致的运动状态。

Description

一种移动装置的远程遥控器及其遥控方法

技术领域

本发明涉及移动装置的远程遥控技术领域，尤其涉及一种移动装置的远程遥控器及其遥控方法。

背景技术

现有的智能遥控器（如智能手机）远程遥控移动装置（如移动式机器人）的交互方式主要包括以下三种：

一、圆周式控制摇杆

交互原理：用户操作遥控器上的一个可动点在一个圆周区域内移动，通过移动可动点向移动装置发送不同指令，从而实现远程遥控移动装置向不同方位移动。可动点同时控制了水平方向及竖直方向的运动，从而实现全方位移动控制。

缺点：移动装置的移动方向与遥控方向相反，不便于操作，具体表现为： 1）当移动装置背对操作者且操作者想要遥控移动装置向左后方移动时，需要将遥控器上的可动点向右后方移动；反之要遥控移动装置向右后方移动时，遥控器上的可动点要向左后方移动；

2）当移动装置正对操作者时，想要遥控移动装置朝左前方移动时，需要将遥控器上的可动点向右前方移动；反之要遥控移动装置朝右前方移动时，操作者却要将遥控器上的可动点向左前方移动。

二、双直线式控制摇杆

交互原理：遥控器上具有分别在两个各自独立的直线区域内移动的可动点，其中一个可动点控制移动装置的前进与后退，另一个可动点控制移动装置的左转与右转；用户可同时操作两个可动点，实现前进与后退、左转与右转方向的叠加控制，从而实现全方位的移动控制。

缺点：该遥控方式仅仅是将圆周式控制摇杆方式中的两个方向的控制分离出来，并未解决圆周式控制方式所产生的问题。

综上所述，现有的移动装置远程控制器的控制方向与移动装置的移动方向容易出现相反的情况，容易使操作者产生困惑，并且在操控的过程中需要一边看着遥控器一边观察移动装置的运行状态，操作过程不流畅也容易出现失误，为了克服这一技术的不足，发明了一种遥控方向与移动装置移动方向时时相同的远程遥控器，并且可不需一边观看遥控器一边观看移动装置进行操作。

发明内容

本发明为了克服现有技术中控制器的控制方向与移动装置的移动方向容易出现相反的情况，容易使操作者产生困惑和需要一边观看遥控器一边观看移动装置进行操作的不足，发明了一种遥控方向与移动装置移动方向时时相同且不需要时时观看操控器的远程遥控器，并同时公开了其遥控方法。

本发明一种移动装置的远程遥控器，包括遥控器本体，所述遥控器本体包括总开关，所述遥控器本体用于操控被遥控的移动装置，所述移动装置内部包括驱动电机，所述遥控器本体内具有惯性测量单元和传输模块，所述移动装置内包括传输接收模块，所述遥控器本体或/和所述移动装置内安装有计算模块；将所述遥控器本体与所述移动装置之间建立数据通讯，打开所述总开关，所述惯性测量单元采集所述遥控器本体的运动数据并传输给所述计算模块，所述计算模块利用所述数据计算出所述遥控器本体的运动状态并发送运动指令给所述移动装置，所述移动装置做出与所述遥控器本体一致的运动状态。

优选地，所述遥控器本体的操控面板上还包括前进开关和后退开关。

优选地，所述传输模块是无线传输模块或有线传输模块。

本发明还提供一种移动装置的远程遥控方法，利用本发明所述的移动装置的远程遥控器进行远程操控，包括以下步骤：

S01，将所述遥控器本体的坐标系和所述移动装置的坐标系关联起来，遥控器头部与移动装置头部对应，遥控器尾部与移动装置尾部对应；

S02，打开所述遥控器本体的总开关唤醒移动装置并执行初始化程序，所述遥控器本体和所述移动装置当前的姿态记录为初始姿态，所述传输模块向所述移动装置发送等待遥控指令，所述移动装置进入等待遥控状态；

S03，操控所述遥控器本体运动，所述惯性测量单元检测到所述遥控器本体运动的角速度和加速度并传输给所述计算模块，所述计算模块计算出所述遥控器本体的运动状态并发送运动指令给所述移动装置，所述移动装置做出与所述遥控器本体一样的运动状态。

优选地，以所述遥控器本体操控面板的中心为原点O建立一个坐标轴系Oc，以移动装置的重心为原点O建立一个坐标轴系Od，利用所述遥控器本体在其自身坐标系Oc内的姿态变化控制所述移动装置在其自身坐标系Od内产生相同的姿态变化。

优选地，所述遥控器头部对应所述移动装置头部，所述遥控器尾部对应所述遥控器尾部。

优选地，包括以下步骤：在遥控器本体操控面板平面内旋转所述遥控器头部/尾部，所述惯性测量单元采集所述遥控器头部/尾部旋转的角速度与加速度数据并传送给所述计算模块，所述计算模块计算出所述遥控器头部/尾部旋转的方向以及旋转的角度并发出运动指令给所述被遥控的移动装置，所述移动装置接收到所述旋转方向以及旋转角度值后，命令所述驱动电机产生一个与所述遥控器头部/尾部相同的旋转方向和旋转角度的运动。

优选地，所述遥控器本体向所述移动装置发送一个向前或者是向后移动的指令，再将所述遥控器头部/尾部在遥控器本体操控面板平面内旋转，即可实现所述移动装置头部/尾部与其运动方向一致的斜向移动。

优选地，在立体空间里改变所述遥控器本体的姿态，所述惯性测量单元采集所述遥控器本体运动的角速度与加速度数据并传送给所述计算模块，所述计算模块计算出所述遥控器本体运动方式并发送运动指令给所述被遥控的移动装置，所述移动装置作出与所述遥控器本体一样的运动方式。

本发明提供的一种移动装置的远程遥控器及其遥控方法能够带来以下至少一种有益效果：

1、能够将遥控器的运动时时对应移动装置的运动，不会使操作者产生困惑，出现误操作的情况；

2、无需操作者一边观看遥控板一边操控移动装置，提高了操控的顺畅性，也降低了误操作的概率；

3、本发明简单易懂、成本低廉，可广泛推广使用。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

图1是本发明一种远程遥控器的结构示意图；

图2是本发明一种远程遥控器建立坐标轴系的示意图；

图3是本发明一种移动装置的远程遥控器及其遥控方法工作模块连接的示意图；

图4是本发明一种移动装置的远程遥控器及其遥控方法的遥控器和移动装置具体的运动对应方式。

具体实施例

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

本发明提供一种移动装置的远程遥控器及其遥控方法，是一种新的远程遥控交互方式，能够帮助用户更直观、更符合直觉的实现远程遥控移动装置。

本发明的原理在于将遥控器本体的坐标系和被遥控的移动装置的坐标系关联起来，利用所述遥控器本体在其自身坐标系Oc内的姿态变化控制所述移动装置在其自身坐标系Od内产生相同的姿态变化。当用户摆弄遥控器本体使其产生姿态变化时，这个变化会直观且全部发送到移动装置上，所述移动装置驱动执行器产生同样姿态变化。

本发明提供了一种移动装置的远程遥控器，包括遥控器本体，遥控器本体包括总开关，遥控器本体用于操控被遥控的移动装置，所述移动装置内部包括驱动电机，遥控器本体内具有惯性测量单元和传输模块，所述移动装置内包括传输接收模块，所述遥控器本体或所述移动装置内安装有计算模块。

本发明将遥控器本体与所述移动装置之间建立数据通讯，打开总开关，所述惯性测量单元采集遥控器本体的运动数据并传输给所述计算模块，所述计算模块利用所述数据计算出遥控器本体的运动状态并发送运动指令给所述移动装置，所述移动装置做出与遥控器本体一致的运动状态。

本发明所述遥控器与所述移动装置之间的传输模块可以是无线传输也可以是有线传输，优选地采用无线传输，更加方便快捷。

本发明还提供一种移动装置的远程遥控方法，利用本发明提供的一种移动装置的远程遥控器进行操控，包括以下步骤：

S01，将远程遥控器的坐标系和移动装置的坐标系关联起来，遥控器头部与移动装置头部对应，遥控器尾部与移动装置尾部对应；

S02，将远程遥控器和移动装置建立数据通讯，打开遥控器本体的总开关唤醒移动装置并执行初始化程序，将遥控器本体和移动装置当前的姿态记录为初始姿态，遥控器的传输模块向移动装置发送等待遥控指令，移动装置进入等待遥控状态；

S03，操控遥控器本体运动，遥控器本体的惯性测量单元检测到遥控器本体运动的角速度和加速度并传输给计算模块，计算模块计算出遥控器本体的运动状态并发送运动指令给移动装置，移动装置做出与所述遥控器本体一样的运动状态。

在本发明中，遥控器本体怎么运动，其对应的移动装置就怎么运动，因此本发明适用于水陆空三种使用场景中的移动装置，在水平面内旋转遥控器，移动装置跟着旋转，在立体空间内翻转遥控器，移动装置跟着翻转。

本发明的具体实施例一以在陆地空间水平面上的移动装置运用为例，如图1至图3所示：

本发明一种移动装置的远程遥控器包括遥控器本体10，惯性测量单元、计算模块和传输模块，遥控器操控面板上还包括总开关40，前进开关20和后退开关30。

优选地，前进开关20在遥控器的头部位置，后退开关30在遥控器的尾部位置。

总开关40用于唤醒移动装置进行初始化程序和进入遥控状态，前进开关20用于遥控移动装置向其头部正前方移动，后退开关30用于遥控移动装置向其尾部正后方移动。

如图2所示，以遥控器本体操控面板的中心0为原点建立了一个坐标轴系Oc, 以遥控器本体的头部与尾部的连线为Xc轴，且正方向为由尾部指向头部；以遥控器本体操控面板平面内垂直于Xc轴的直线为Yc轴，且当在平面XcYc内Xc轴正方向为由上到下时，Yc轴正方向为由左指向右；以垂直于平面XcYc的直线为Zc轴，且正方向为从遥控器本体操控面板正面指向外。

此时，也以被遥控的移动装置的重心为原点0建立一个坐标系Od：以移动装置移动的正前或正后方向所在的直线为Xd轴，且正方向为移动的正前方向；以在水平地面内垂直于Xd轴的直线为Yd轴，且当在平面XdYd内Xd轴正方向为由上到下时，Yd轴正方向为由左指向右；定义垂直于平面XdYd的直线为Zd轴，且正方向为从地平面指向上。

将遥控器本体的坐标系Oc和移动装置的坐标系Od关联起来，遥控器的头部对应移动装置的头部，遥控器的尾部对应移动装置的尾部，如图3所示。利用遥控器本体在坐标系Oc内的姿态变化控制被遥控的移动装置在坐标系Od内产生相同的姿态变化，从而控制移动装置移动。

以想要移动装置向左前方移动为例，其具体的实现方式包括以下步骤：

S100,打开总开关40，遥控器和移动装置内部执行初始化程序，将所述遥控器本体当前的姿态记录为初始姿态P0，并通过无线传输模块向所述移动装置发送等待遥控指令C0，所述移动装置进入等待遥控状态；

S200，按动前进开关20，遥控器本体向所述移动装置发送向正前方移动的指令C1，所述移动装置接收到指令C1驱动电机向其头部所在的正前方移动；

S300，在步骤S200的基础上将遥控器本体10的头部向左旋转（遥控器头部绕着坐标系Oc的Zc轴向左），所述惯性测量单元采集遥控器本体旋转的角速度与加速度数据并传输给计算模块，所述计算模块计算出所述遥控器本体相对于姿态P0旋转过的角度值ß0，并通过无线传输模块将向左旋转信息与角度值ß0以及运动指令发送给移动装置；

S400，移动装置接收到遥控器发送来的向左旋转以及旋转角度值ß0后，其驱动电机再叠加一个绕着坐标系Od的Zd轴向左旋转角度值ß0的运动，所述被遥控的移动装置产生向左前方移动的动作。

因此在实施例中遥控器向左旋转多少度，移动装置就向左旋转多少度。并且计算模块会时时计算遥控器当下所处的姿态Pt，当遥控器向左旋转后，坐标系Oc也会跟着向左旋转，随着遥控器的运动及时生产新的坐标系Oct。

因此如果想要移动装置继续向右前方移动，只需直接将遥控器在前述步骤的基础上直接将遥控器的头部向右旋转。将遥控器向右旋转时，惯性测量单元采集遥控器的角速度与加速度数据并输出给计算模块，计算模块计算出所述遥控器本体相对于姿态Pt旋转过的角度值ß1，通过所述传输模块将向右旋转角度值ß1以及运动指令发送给所述移动装置，移动装置在当前的基础上直接向右前方移动。

此时如果想要移动装置继续向右后方移动，只需执行以下步骤：

1、按动后退开关30，向所述移动装置发送后退指令C2，所述移动装置接收到后退指令C2驱动电机产生向其尾部所在的正后方移动的运动；

2、在步骤1的基础上将遥控器的尾部向右旋转（遥控器尾部绕着坐标系Oct的Zct轴向右旋转），惯性测量单元采集遥控器的角速度与加速度数据并输出给计算模块，计算模块计算出所述遥控器本体相对于上一个姿态Pt旋转过的角度值ß2并通过传输模块将尾部向右旋转角度值ß2和运动指令发送给移动装置，移动装置在当前姿态的基础上直接向右后方移动。

同理，想要移动装置向左后方移动，可以直接在前述基础上将遥控器的尾部向左旋转，想要遥控移动装置进行其他方向的移动也是同样的操作方式。遥控器和移动装置具体的运动对应方式如图4所示。

在其他实施例中遥控器本体上也可以不包括前进开关20和后退开关30，可利用重力感应器等其他工具实现只直接将遥控器向前移动装置就向正前方运动或者是直接将遥控器向后移动装置就向正后方移动。

在其他实施例中，遥控器本体的前进开关20和后退开关30的具体形式和具体形状均不做限制，可以是摇杆、可以是按钮、也可以是触发点等等。

综上所述，相比于现有的遥控方向与移动装置的移动方向不一致的遥控方法，本发明一种移动装置的远程遥控器及其遥控方法可将遥控器的运动时时对应移动装置的运动，不会使操作者产生困惑出现误操作的情况；无需操作者一边观看遥控板一边操控移动装置，提高了操控的顺畅性，也降低了误操作的概率；另外本发明还具有简单易懂、成本低廉，可广泛推广使用等优点。

所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。。

Claims (6)

1.一种移动装置的远程遥控器，包括遥控器本体，所述遥控器本体包括总开关，所述遥控器本体用于操控被遥控的移动装置，所述移动装置内部包括驱动电机，其特征在于，所述遥控器本体内具有惯性测量单元和传输模块，所述移动装置内包括传输接收模块，所述遥控器本体或/和所述移动装置内安装有计算模块；将所述遥控器本体与所述移动装置之间建立数据通讯，打开所述总开关，所述惯性测量单元采集所述遥控器本体的运动数据并传输给所述计算模块，所述计算模块利用所述数据计算出所述遥控器本体的运动状态并发送运动指令给所述移动装置，所述移动装置做出与所述遥控器本体一致的运动状态；

所述遥控器本体的操控面板上还包括前进开关和后退开关，所述前进开关用于遥控所述移动装置向其头部正前方移动，所述后退开关用于遥控所述移动装置向其尾部正后方移动；

在遥控器本体操控面板平面内旋转所述遥控器头部/尾部，所述惯性测量单元采集所述遥控器头部/尾部旋转的角速度与加速度数据并传送给所述计算模块，所述计算模块计算出所述遥控器头部/尾部旋转的方向以及旋转的角度并发出运动指令给所述被遥控的移动装置，所述移动装置接收到所述旋转方向以及旋转角度值后，命令所述驱动电机产生一个与所述遥控器头部/尾部相同的旋转方向和旋转角度的运动；

所述遥控器本体通过向所述移动装置发送一个向前或者是向后移动的指令，再将所述遥控器头部/尾部在遥控器本体操控面板平面内旋转，即可实现所述移动装置头部/尾部与其运动方向一致的斜向移动。

2.根据权利要求1所述的一种移动装置的远程遥控器，其特征在于，所述传输模块是无线传输模块或有线传输模块。

3.一种移动装置的远程遥控方法，其特征在于，利用权利要求1-2任一项所述的移动装置的远程遥控器进行远程操控，包括以下步骤：

S01，将所述遥控器本体的坐标系和所述移动装置的坐标系关联起来，遥控器头部与移动装置头部对应，遥控器尾部与移动装置尾部对应；

S02，打开所述遥控器本体的总开关唤醒移动装置并执行初始化程序，所述遥控器本体和所述移动装置当前的姿态记录为初始姿态，所述传输模块向所述移动装置发送等待遥控指令，所述移动装置进入等待遥控状态；

S03，操控所述遥控器本体运动，所述惯性测量单元检测到所述遥控器本体运动的角速度和加速度并传输给所述计算模块，所述计算模块计算出所述遥控器本体的运动状态并发送运动指令给所述移动装置，所述移动装置做出与所述遥控器本体一样的运动状态。

4.根据权利要求3所述的一种移动装置的远程遥控方法，其特征在于，以所述遥控器本体操控面板的中心为原点O建立一个坐标轴系Oc，以移动装置的重心为原点O建立一个坐标轴系Od，利用所述遥控器本体在其自身坐标系Oc内的姿态变化控制所述移动装置在其自身坐标系Od内产生相同的姿态变化。

5.根据权利要求4所述的一种移动装置的远程遥控方法，其特征在于，所述遥控器头部对应所述移动装置头部，所述遥控器尾部对应所述遥控器尾部。

6.根据权利要求5所述的一种移动装置的远程遥控方法，其特征在于，在立体空间里改变所述遥控器本体的姿态，所述惯性测量单元采集所述遥控器本体运动的角速度与加速度数据并传送给所述计算模块，所述计算模块计算出所述遥控器本体运动方式并发送运动指令给所述被遥控的移动装置，所述移动装置作出与所述遥控器本体一样的运动方式。