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系統識別號 U0002-1706201411134300
中文論文名稱 四旋翼之手勢控制
英文論文名稱 Gesture Control of Quadrotor
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 陳偉皓
研究生英文姓名 Wei-Hao Chen
學號 601430696
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2014-06-03
論文頁數 51頁
口試委員 指導教授-馬德明
委員-蕭照焜
委員-何翊
中文關鍵字 Leap Motion  四旋翼  手勢控制 
英文關鍵字 Leap Motion  Quadrotor  Gesture Control 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 近年來四旋翼機的普及化,應用的範圍也越來越廣,但使用無線電遙控器來控制四旋翼機並不是那麼的容易,而使用手勢來當作控制器在操作上會顯得更為直覺,上手的速度較快。本論文主要利用Leap Motion擷取手勢,使用地面站製作封包,經由Xbee無線傳輸至四旋翼機機載端,使用Arduino UNO解讀封包並模擬接收機輸出PWM訊號控制四旋翼機。
英文摘要 Recent year Quadrotor became more popular, normally people using radio joystick to control Quadrotor. But radio joystick has many control column, people need time to know well how it work. Using gesture control is more familiar, you can just image your hand is the Quadrotor. What you want Quadrotor do your hand do the same attitude. In this paper using Leap motion as the gesture controller, then transmit data by Xbee wireless module. In the Quadrotor side using Arduino UNO decode the data and simulate PWM wave to control the Quadrotor.
論文目次 目錄

目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方法及程序 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 手勢與四旋翼機之關係 4
第二章 四旋翼機介紹 [1] 6
第三章 硬體介紹 11
3.1四旋翼機 11
3.2 LEAP MOTION 12
3.2.1 Leap Motion原理 12
3.2.2 Leap Motion簡介 [2] 13
3.3 XBEE無線通訊模組 15
3.4 ARDUINO UNO 17
3.5 ARDUPILOT MEGA 2.5 18
3.6 3DR傳輸模組 19
第四章 硬體結合及設計流程 20
4.1 硬體結合 20
4.2 手勢擷取程式 21
4.2.1 幀數據之讀取 [3] 21
4.2.2 手、手指及工具的追蹤 [4] 24
4.2.3 手勢擷取結果 27
4.2.4 設計流程 29
4.2.5 資料傳輸 31
第五章 硬體測試 32
5.1 Leap Motion與Arduino UNO之傳輸測試 32
5.2 PWM波與四旋翼機姿態之關係 [6] 37
5.3 四旋翼機之飛行測試 39
第六章 結論 40
第七章 參考文獻 42
附錄A 投稿論文 43

圖目錄

圖 1: 研究流程圖 3
圖 2: 油門與手勢控制搭配圖 5
圖 3: 滾轉與手勢控制搭配圖 5
圖 4: 俯仰與手勢控制搭配圖 5
圖 5: 偏航與手勢控制搭配圖 6
圖 6: 四旋翼機懸停狀態示意圖 7
圖 7: 油門控制示意圖 8
圖 8: 滾轉示意圖 9
圖 9: 俯仰控制示意圖 9
圖 10: 偏航控制示意圖 10
圖 11: APM 2.5航電板 11
圖 12:立體視覺量測示意圖 13
圖 13: Leap Motion坐標軸 14
圖 14: Xbee Series 1及Xbee Series 2 15
圖 15: Arduino UNO 17
圖 16: ArduPilot Mega 2.5 18
圖 17: 3DR無線傳輸模組 19
圖 18: Mission Planner 地面站 19
圖 19: 硬體之架構圖 21
圖 20: 擷取到1隻手、5跟手指頭無手勢動作 27
圖 21: 擷取到1隻手、3跟手指頭無手勢動作 28
圖 22: 偵測到手勢5 28
圖 23: 偵測到手勢1 29
圖 24: 程式流程圖 30
圖 25: 封包示意圖 32
圖 26: 封包測試結果 36
圖 27: PWM頻率變化 37
圖 28: MT-1 38


表目錄
表 1: Xbee規格 [3] 16
表 2: Windows API函式說明 33
表 3: CreateFile參數意義 34
表 4: GetCommState參數意義 35
表 5: WriteFile參數意義 35
表 6: 封包格式 36
表 7: Pos與Duty Cycle之關係 38
表 8:Duty Cycle測試結果 39
表 9:滾轉控制與Duty Cycle之關係 40
表 10:俯仰控制與Duty Cycle之關係 40
參考文獻 第七章 參考文獻

[1] 李壙宇, 四旋翼機之姿態控制演算法設計-互補濾波器應用, 2014.
[2] Leap Motion, “Leap Motion Overview,” 2013. [線上].
[3] Leap Motion, “Getting Frame Data,” 2013. [線上].
[4] Leap Motion, “Tracking Hands,Fingers,and Tools,” 2013. [線上].
[5] 范逸之, C++ Builder與RS-232串列通訊控制, 文魁資訊股份有限公司, 2003.
[6] 孫駿榮, Arduino一試就上手, 基豐資訊股份有限公司, 2012.
[7] 張耀仁, C++程式設計, 基豐資訊股份有限公司, 2013.
[8] 蕭連豐, “雙旋翼的姿態控制,” TKU AFSL, 2013.
[9] Leap Motion, “Class List,” 2013. [線上].

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