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摘 要：文中设计的“时空印象”—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。该系统的使用不仅减小了飞行器的操作难度，提高了工作效率，还大大降低了人力成本，具有广阔的应用领域。
关键词：VR沉浸式体感控制系统；虚拟现实设备；飞行器
1 作品简介
“时空印象”——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，目的是创造更好的人机交互体验。文中设计的四旋翼飞行器具有自稳、定点、定高功能，有良好的易控制性；搭载FPV高清摄像头，图像传输系统采用2.4 GHz图像传输协议，在地面接收端将AV信号进行二次转换，将其转换为WiFi信号，供手机接收。目前支持Android，iOS两大主流系统，视频传输更稳定；将所传输图像结合VR技术，创造沉浸式体验；体感控制系统采用2.4 GHz协议传输信号，可以采集电位器的模拟量作为输入控制飞行器，传输距离远且稳定，控制系统也可以采集姿态传感器经“卡尔曼滤波融合互补滤波”输出的数字信号进行姿态解析，实现体感控制。将体感控制系统和VR图像传输系统有效结合，实现更好的人机交互体验。
我们的视频传输可以输出AV信号，也可以通过无线传输到手机，支持智能手机Android系统和iOS系统。因此该产品可与OCULUSVR设备或三星VR设备结合，实现VR沉浸式体验。
由于资金问题，我队并未购入虚拟现实设备，文中的VR设备图片来源于网络。
2 工作原理
控制器接收机和发射机之间使用2.4 GHz协议，所以采用nRF24L01无线模块，单片机使用STC12C5A60S2，选择MPU6050姿态传感器，通过处理采集传感器经卡尔曼滤波和互补滤波后的角度数据控制飞行器方向，油门采用手动模拟电位器，通过AD转换为数字量，作为油门通道。图像传输则采用2.4 GHz图像传输系统，输出的AV信号通过信号转换模块转换为WiFi信号，传输到手机中并与VR设备结合。
控制器，油门：采用模拟电位器控制，MCU采集电压的变化，经过AD转换处理数据后，通过无线模块发送数据。
体感：姿态传感器采集加速度计和陀螺仪得出数字量，经卡尔曼滤波、互补滤波后输出欧拉角，将欧拉角输入MCU，数据经处理后通过无线模块发送给接收器。
接收器：采用nRF24L01无线模块，有6个通道，接受发射器所发送数据，并输出PPM信号，结果PPM转接板输入到飞控SUBS口，对飞行器进行姿态控制。
VR实现方式：
（1）FPV摄像头与图像传输模块直接相连，由11.1 V电池供电；可以传输实时图像，采用5.8 GHz无线传输，输出为AV信号，AV信号可以直接被OCULUS RIFT接受，实现VR体验。
（2）图像传输为5.8 GHz，传输距离远且干扰较小。接收到传输数据后，我们将AV信号转换为WiFi信号，用手机连接WiFi，可直接在手机App上获取图像。然后将手机与支持手机的VR设备（如三星）结合，实现VR体验。
3 创新点
该作品的创新点主要在于实现了VR设备与体感控制系统的融合。现阶段无人机技术发展迅速，在娱乐、工业、特殊场合等各方面都有应用。然而市面上的无人机，大多注重开发功能并提升无人机的性能，却忽视了人机交互体验。鉴于无人机的广泛应用，越来越多的企业都有使用无人机的意愿，但却苦于并没有熟练操作无人机的能力，因此需要改进无人機的操控方式，提高人机操控体验，而将VR技术与体感操纵技术融合就很好地解决了这一问题。
我们先将图像传输系统与VR技术结合，给人以沉浸式的体验，这种显示方式比传统的“监视器”显示方式更加直观、友好，沉浸式体验和人类的感受非常接近，因此很大程度上减小了飞行器的操作难度，提高了工作效率。
我们还加入了体感控制系统，配合VR图像系统使飞行器的控制方式更符合人体习惯，甚至达到与人体同步，此举大大提高了无人机的实用性，同时也减少了人力资源成本。
4 市场前景
使用VR沉浸式体感控制系统的飞行器，除了拥有使用普通控制系统飞行器的功能外，还拥有更易操控的特性和图像传输直观性。因此该产品在应用领域和特殊领域都有很大优势。
娱乐领域使用VR体感控制系统的原因在于系统的易操控性，操控者可以灵活操控飞行器，又因图像传输的直观性，操控者可以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。对于一些研究条件比较恶劣的专业，如林学、动物学等，无人机是很好的观测工具，将无人机变得易于操控后，对于很少接触电子产品的人来说都可方便使用。同时，VR图像系统还可以让观测者更直观、更清晰地观测到研究对象。
关键词：VR沉浸式体感控制系统；虚拟现实设备；飞行器
1 作品简介
“时空印象”——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，目的是创造更好的人机交互体验。文中设计的四旋翼飞行器具有自稳、定点、定高功能，有良好的易控制性；搭载FPV高清摄像头，图像传输系统采用2.4 GHz图像传输协议，在地面接收端将AV信号进行二次转换，将其转换为WiFi信号，供手机接收。目前支持Android，iOS两大主流系统，视频传输更稳定；将所传输图像结合VR技术，创造沉浸式体验；体感控制系统采用2.4 GHz协议传输信号，可以采集电位器的模拟量作为输入控制飞行器，传输距离远且稳定，控制系统也可以采集姿态传感器经“卡尔曼滤波融合互补滤波”输出的数字信号进行姿态解析，实现体感控制。将体感控制系统和VR图像传输系统有效结合，实现更好的人机交互体验。
我们的视频传输可以输出AV信号，也可以通过无线传输到手机，支持智能手机Android系统和iOS系统。因此该产品可与OCULUSVR设备或三星VR设备结合，实现VR沉浸式体验。
由于资金问题，我队并未购入虚拟现实设备，文中的VR设备图片来源于网络。
2 工作原理
控制器接收机和发射机之间使用2.4 GHz协议，所以采用nRF24L01无线模块，单片机使用STC12C5A60S2，选择MPU6050姿态传感器，通过处理采集传感器经卡尔曼滤波和互补滤波后的角度数据控制飞行器方向，油门采用手动模拟电位器，通过AD转换为数字量，作为油门通道。图像传输则采用2.4 GHz图像传输系统，输出的AV信号通过信号转换模块转换为WiFi信号，传输到手机中并与VR设备结合。
控制器，油门：采用模拟电位器控制，MCU采集电压的变化，经过AD转换处理数据后，通过无线模块发送数据。
体感：姿态传感器采集加速度计和陀螺仪得出数字量，经卡尔曼滤波、互补滤波后输出欧拉角，将欧拉角输入MCU，数据经处理后通过无线模块发送给接收器。
接收器：采用nRF24L01无线模块，有6个通道，接受发射器所发送数据，并输出PPM信号，结果PPM转接板输入到飞控SUBS口，对飞行器进行姿态控制。
VR实现方式：
（1）FPV摄像头与图像传输模块直接相连，由11.1 V电池供电；可以传输实时图像，采用5.8 GHz无线传输，输出为AV信号，AV信号可以直接被OCULUS RIFT接受，实现VR体验。
（2）图像传输为5.8 GHz，传输距离远且干扰较小。接收到传输数据后，我们将AV信号转换为WiFi信号，用手机连接WiFi，可直接在手机App上获取图像。然后将手机与支持手机的VR设备（如三星）结合，实现VR体验。
3 创新点
该作品的创新点主要在于实现了VR设备与体感控制系统的融合。现阶段无人机技术发展迅速，在娱乐、工业、特殊场合等各方面都有应用。然而市面上的无人机，大多注重开发功能并提升无人机的性能，却忽视了人机交互体验。鉴于无人机的广泛应用，越来越多的企业都有使用无人机的意愿，但却苦于并没有熟练操作无人机的能力，因此需要改进无人機的操控方式，提高人机操控体验，而将VR技术与体感操纵技术融合就很好地解决了这一问题。
我们先将图像传输系统与VR技术结合，给人以沉浸式的体验，这种显示方式比传统的“监视器”显示方式更加直观、友好，沉浸式体验和人类的感受非常接近，因此很大程度上减小了飞行器的操作难度，提高了工作效率。
我们还加入了体感控制系统，配合VR图像系统使飞行器的控制方式更符合人体习惯，甚至达到与人体同步，此举大大提高了无人机的实用性，同时也减少了人力资源成本。
4 市场前景
使用VR沉浸式体感控制系统的飞行器，除了拥有使用普通控制系统飞行器的功能外，还拥有更易操控的特性和图像传输直观性。因此该产品在应用领域和特殊领域都有很大优势。
娱乐领域使用VR体感控制系统的原因在于系统的易操控性，操控者可以灵活操控飞行器，又因图像传输的直观性，操控者可以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。对于一些研究条件比较恶劣的专业，如林学、动物学等，无人机是很好的观测工具，将无人机变得易于操控后，对于很少接触电子产品的人来说都可方便使用。同时，VR图像系统还可以让观测者更直观、更清晰地观测到研究对象。