一种基于AR虚拟控制的小车体感对战装置及控制方法与流程

本发明涉及体感交互自动控制领域，特别涉及一种基于AR虚拟控制的小车体感对战装置及控制方法。

背景技术：

目前市场上大部分遥控车控制都是基于遥控车手柄或者是电脑控制，而且大多没有摄像头实时传回第一视觉图像并进行图像的识别，或者只是单纯的软件赛车游戏必须由手动来控制移动，时间长了手部与眼睛会觉得疲惫，并容易产生乏味失去新鲜感。为了让小车对战游戏更具娱乐性和可玩性，一种用体感控制的AR对战小车尤为吸引广大玩家的眼球。玩家可以根据自己的体感姿势来控制小车的速度快慢以及小车的方向及其发炮，使玩家的肢体具有遥控器的功能。与此同时，该AR体感控制小车对战时还能将摄像头第一视角传回的图像进行进行图像识别，并对图像进行AR虚拟现实增强产生对战的华丽效果，增加小车对战的娱乐性。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于AR虚拟控制的小车体感对战装置，使用Kinect体感交互模块获取体感信号，对原始身体信号进行分析及提取，对摄像头捕捉到的图像流进行计算机视觉图像处理，从而实现对小车对战的控制。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种基于AR虚拟控制的小车体感对战装置，包括小车和PC机，还包括用于采集体感姿势信号的Kinect体感控制模块、设置在小车上并用于对小车周围环境信息拍照的WIFI摄像头、设置在小车上并用于控制小车运动的控制驱动部、以及WIFI通信模块；工作时，WIFI摄像头获取图像流并通过自带的WIFI模块将数据传输给PC机，同时Kinect体感控制模块将采集到的体感姿势信号发送至PC机，PC机将处理后的数据通过WIFI通信模块发送至控制驱动部，从而使得控制驱动部控制小车进行相应的动作；所述Kinect体感控制模块包括Kinect 3D体感摄影机以及连接PC机的接口数据线。

作为优选的技术方案，所述WIFI通信模块为Esp8266ESP-01，通过2.4GHzWIFI传输模块实现PC机与小车之间的无线数据传输。

作为优选的技术方案，所述WIFI摄像头包括一个有线摄像头以及与有线摄像头连接的WIFI模块；所述WIFI摄像头采用Robot-link 5.0MT WF.7620.B型号WIFI无线摄像头；所述单片机采用STM32F103C8T6。

作为优选的技术方案，所述小车包括控制马达的第一电机、控制发射BB弹的第二电机以及3D打印的外壳。

作为优选的技术方案，所述控制驱动部包括单片机、激光模块、LED灯、继电器电路以及电机驱动电路，所述继电器电路连接有BB弹波箱；所述激光模块、LED灯、继电器电路以及电机驱动电路均与单片机连接，所述的单片机、继电器电路、电机驱动电路集成在控制驱动部内部，所述的激光模块、LED灯则通过已封装好的电缆连接。

作为优选的技术方案，所述驱动控制部连接有电源模块，所述电源模块包括镍氢干电池及稳压芯片。

本发明还提供了一种基于AR虚拟控制的小车体感对战装置的控制方法，包括下述步骤：

S1、Kinect体感控制模块、上位机电脑及下位机AR小车上电；

S2、Kinect体感控制模块捕捉操作者发出的体感姿势信号，将其处理成特定数据并通过数据线电缆传输到上位机电脑；

S4、上位机电脑接收数据完毕后将其处理成特定字符串，并通过2.4G WiFic传输到下位机AR小车，下位机AR小车通过esp8266模块接收特定字符串后将其传输至单片机，

S5、单片机将其处理成电信号送至驱动电路，驱动电路将收到的电信号放大以驱动电机及炮台工作。

作为优选的技术方案，步骤S3中，上位机电脑上电并初始化进入程序，处理由另一位操作者的上位机电脑发送的连接请求，及由本操作者控制的下位机AR小车的WiFi摄像头发送的连接请求，允许请求后发送命令使Kinect体感控制模块开始工作，接收WiFi摄像头传输回的画面并进行图像识别得到处理完毕的画面图像，随后将另一位操作者的上位机电脑发送的数据及处理完毕的画面图像进行AR视觉增强得到现实增强画面，并接收由Kinect体感控制模块发送的特定数据以控制现实增强画面上的炮台移动，并将其现实增强画面显示在上位机电脑屏幕上。

作为优选的技术方案，通过颜色识别将图像中特定背景进行消除并将得到的轮廓图与程序里预设的模板图进行比较，从而判断是否为对方操作者所控制的下位机AR小车。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明于硬件上采用WIFI摄像头获取图像流并通过其中集成的WIFI模块将数据通过2.4G WiFi网络传输给PC机，以确保可实时获取到小车前方的视觉图像。

2、Kinect体感控制模块将采集到的体感姿势信号通过电缆连接并发送至PC机，PC机将处理后的数据通过WIFI通信模块发送至控制驱动部，从而使得控制驱动部控制小车进行相应的动作，以达到实时控制小车动作的目的，以此摆脱双手的方式增强了小车对战的趣味性。

3、本发明首次采用全人体肢体控制并实现AR游戏，机器战车的前进后退方向转弯以及射击等都通过体感控制，突破了传统意义上的遥控操作，给玩者带来全新体验，不一般的娱乐效果和运动放松方式；本发明在实现战车对战的时候，突破传统意义上的现实的对战，而是实现虚拟的炮弹发射，产生虚拟激烈的战斗场面；同时，本发明适合娱乐“锻炼”，通过人体肢体的运动，增加人的运动量以及带给人的刺激，有助于人的健康和消遣娱乐功能；另外，本发明外观上设计上采取大胆浮夸的外壳，新潮时尚，必定给玩家带来全新的视觉效果。

附图说明

图1是本发明装置的方框示意图；

图2(a)是本发明装置单片机最小系统的电路原理图；

图2(b)是本发明装置激光及底盘灯的电路原理图；

图2(c)是本发明装置稳压模块的电路原理图；

图2(d)是本发明装置电机驱动电路的电路原理图；

图2(e)是本发明装置BB弹波箱控制电路的电路原理图；

图3是本发明装置工作时的流程图；

图4是本发明对战装置的处理流程图；

图5是本发明对战装置对摄像头AR数据处理的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示-图3所示，本实施例一种基于AR虚拟控制的小车体感对战装置，包括小车、PC机、用于采集体感姿势信号的Kinect体感控制模块、设置在小车上并用于对小车周围环境信息拍照的WIFI摄像头、设置在小车上并用于控制小车运动的控制驱动部、以及WIFI通信模块；工作时，WIFI摄像头获取图像流并通过自带的WIFI模块将数据传输给PC机，同时Kinect体感控制模块将采集到的体感姿势信号发送至PC机，PC机将处理后的数据通过WIFI通信模块发送至控制驱动部，从而使得控制驱动部控制小车进行相应的动作。

所述Kinect体感控制模块包括Kinect 3D体感摄影机以及连接PC机的接口数据线，所述Kinect 3D体感摄影机通过接口数据线将采集到的体感信息数据传输至PC机。

所述WIFI通信模块为Esp8266ESP-01，包括负责接收自所述电脑WIFI端发射出的信号的型号为Esp8266ESP-01的802.11b/g/n 2.4GHz WIFI通讯模块。

所述WIFI摄像头包括一个有线摄像头以及与有线摄像头连接的WIFI模块，有线摄像头将拍摄到的照片流通过WIFI摄像头自带的WIFI模块传输至PC机。

所述WIFI摄像头采用Robot-link 5.0MT WF.7620.B型号WIFI无线摄像头。连接方式为：所述的WiFi模块连接并驱动所述的无线摄像头，同时核心控制单元为STM32F103C8T6单片机的外围电路连接并驱动着所述的WiFi模块。

本实施例中，所述小车包括控制马达的第一电机、控制发射BB弹的第二电机以及3D打印的外壳。

所述控制驱动部包括单片机、激光模块、LED灯、继电器电路以及电机驱动电路；所述激光模块、LED灯、继电器电路以及电机驱动电路均与单片机连接。所述单片机采用STM32F103C8T6，STM32F103C8T6芯片作为主控芯片实现对电脑处理体感数据完成后的实时传来的数据包进行解析。

所述驱动控制部连接有电源模块，所述电源模块包括镍氢干电池及稳压芯片，用于给驱动控制部提供稳定的电源。

所述WIFI通信模块通过2.4GHz WIFI传输模块实现PC机与小车之间的无线数据传输，提高了数据传输的稳定性。

本实施例的工作过程如下：

所述的小车的WIFI摄像头的工作电压在5VDC；单片机的工作电压在3.3VDC；电机驱动的工作电压在12VDC；Kinect体感捕捉装置的工作电压在220VAC。

如图3所示再结合图1、图2(a)-图2(e)；当STM32F103C8T6芯片和Esp8266WIFI通信模块初始化完成并进入上位机预设端口通道后，上位机即根据程序设定通过Kinect体感控制模块检测到人体肢体动作信息，然后对信息进行一定的处理，在通过USB数据项将处理过的信息单向传输给电脑的上位机程序，此时，上位机程序将利用接收到的体感信息，定向识别为我们预设好的小车动作指令信号，并通过预设的WIFI端口通道向小车发送处理完成的动作指令信号，小车作为下位机将接受到的动作信号，通过STM32F103C8T6单片机芯片触发并验证动作，设定通过对驱动模块的ENA与ENB口的PWM输出I/O口PWM1、PWM2输出一定频率和占空比的PWM方波，以此来控制小车的差速转向和速度调整，设定通过对驱动模块的ENA与ENB口的高低电平的写入分别实现对应小车的启动与停止，设定通过对继电器高低电平的写入以分别控制BB弹炮台的发射与停发。通过摄像头回传的第一视觉图像进行AR现实增强，游戏设定两个使用者通过控制自己的小车进行对战。一开始时两辆小车具有相同的生命值，当有一方生命值减少到零时，该小车会失去行动能力，游戏结束，最后在场上生命值不为零的小车胜利。游戏的每一局有一定的游戏时间，当剩余游戏时间减少到零时，在场上生命值较大的小车胜利，如果相同即为平局。小车可以发射不同类型的炮弹和使用不同的技能以打击对方并使对方的生命值减少；当小车被炮弹或其他攻击击中时，系统会根据被击中的部位和受到的攻击的类型减少小车生命值。玩家通过使用Kinect体感控制模块识别到自己的动作，并以不同的动作控制小车的运动与攻击等技能的使用。

如图4-图5所示，本实施例基于AR虚拟控制的小车体感对战装置的控制方法，包括下述步骤：

S1、Kinect体感控制模块、上位机电脑及下位机AR小车上电；

S2、Kinect体感控制模块捕捉操作者发出的体感姿势信号，将其处理成特定数据并通过数据线电缆传输到上位机电脑；

S4、上位机电脑接收数据完毕后将其处理成特定字符串，并通过2.4G WiFic传输到下位机AR小车，下位机AR小车通过esp8266模块接收特定字符串后将其传输至单片机，

S5、单片机将其处理成电信号送至驱动电路，驱动电路将收到的电信号放大以驱动电机及炮台工作。

在步骤S3中，上位机电脑上电并初始化进入程序，处理由另一位操作者的上位机电脑发送的连接请求，及由本操作者控制的下位机AR小车的WiFi摄像头发送的连接请求，允许请求后发送命令使Kinect体感控制模块开始工作，接收WiFi摄像头传输回的画面并进行图像识别得到处理完毕的画面图像，随后将另一位操作者的上位机电脑发送的数据及处理完毕的画面图像进行AR视觉增强(通过颜色识别将图像中特定背景进行消除并将得到的轮廓图与程序里预设的模板图进行比较，从而判断是否为对方操作者所控制的下位机AR小车)得到现实增强画面，并接收由Kinect体感控制模块发送的特定数据以控制现实增强画面上的炮台移动，并将其现实增强画面显示在上位机电脑屏幕上。

本实施例的对战装置使用方法如下：

(一)使用前：

首先确保战车电池电量足够，玩家双方打开PC机，连接好KINECT和对方的通信通道。打开战车的开关，等待摄像头WIFI模块开启，PC机连接摄像头的WIFI，当PC机上能够显示摄像头的视屏以及PC机上有连接到战车的WIFI信号时即已可以使用。

(二)使用时：使用肢体动作以控制战车进行对战，具体分为三个阶段：

1.游戏开始阶段：该阶段通过控制右手来选择界面，以此来看游戏说明和规则，并控制开始游戏。具体操作：右手向前张开伸直显示鼠标，手臂左右上下移动控制鼠标，握拳后马上张开控制鼠标单机选项。

2.游戏阶段：通过控制战车进攻对方战车从而获得分数，时间结束时分数多的获胜。具体操作如下：

双手控制战车的开启与停止：双手举于身体正前方握数秒，开启战车，具体时间以战车开启为准。双手张开放下数秒控制战车停止。在战车运动过程中，只要放下双手则会让战车停止一切指令。

左手控制战车位移：(1)左右控制：平举于左肩或左肩偏下一点，通过控制手肘角度来控制战车左右转，具体是左手腕-左手肘-左肩形成的夹角。(2)速度控制：握拳控制加速，手掌张开控制匀速，举起左手与头同高控制减速，减速到一定程度则后退。

右手控制战车的射击：(1)瞄准器，发射炮弹的控制：右手向前张开伸直控制瞄准器，通过手臂左右上下移动控制瞄准器的移动，握拳后马上张开控制炮弹发射。(2)换炮弹类型的控制：将手屈回右肩，右手腕-右手肘-右肩角度小于60度，然后在向前伸直控制瞄准器，则完成炮弹类型转换。

(三)使用后：先手势控制战车停止，关闭kinect，关闭PC机，再关掉战车的电源，妥善保存。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。