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文檔簡介
1、在軍事、醫(yī)學(xué)和工業(yè)等領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為解決難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜問題提供了一種新的有效手段;踏板式行走交互平臺,為實(shí)現(xiàn)用戶在虛擬環(huán)境中完全沉浸式、交互式自由行走,提供了較為理想的技術(shù)方案。但目前踏板式行走交互平臺,存在占地空間大、運(yùn)行速度低、延遲大、交互方式不夠自然等不足,嚴(yán)重制約著行走交互技術(shù)的發(fā)展。本論文,提出了一種新的踏板式行走交互平臺總體設(shè)計(jì)方案并對升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化,設(shè)計(jì)了新的行走控制算法,克服了占地空間大、延遲大、交互方式
2、不夠自然等缺點(diǎn)。
本論文基于步行運(yùn)動捕捉數(shù)據(jù),結(jié)合人體下肢多剛體模型,理論計(jì)算出:理想交互行走狀態(tài)下踝關(guān)節(jié)運(yùn)動規(guī)律。研究中,將足部運(yùn)動簡化為剛體繞動點(diǎn)踝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動,建立了8剛體7節(jié)點(diǎn)20自由度的人體下肢多剛體模型。結(jié)合多剛體運(yùn)動學(xué)理論,處理步行運(yùn)動捕捉數(shù)據(jù),得出了自然行走狀態(tài)下和理想交互行走狀態(tài)下踝關(guān)節(jié)運(yùn)動規(guī)律。分析踝關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)規(guī)律,設(shè)計(jì)了以踝關(guān)節(jié)位置跟蹤、回撤為核心的行走控制算法。
提出了結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)的踏板式
3、行走交互平臺總體設(shè)計(jì)方案,并針對最影響占地空間的升降機(jī)構(gòu)部分進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。升降機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),以桿長、桿長比和最小夾角為設(shè)計(jì)變量,以占地空間、力學(xué)性能和運(yùn)動學(xué)性能為目標(biāo)函數(shù),運(yùn)用踏板撓曲線方程等建立多個約束條件。當(dāng)桿長取310mm、桿長比為0.5、最小夾角為20°時,升降機(jī)構(gòu)取得最優(yōu)設(shè)計(jì)效果。
在交互行走過程中的擺動相和支撐相,設(shè)計(jì)了不同的行走控制算法:雙支撐相,踏板與踝關(guān)節(jié)相對靜止;擺動相(單支撐相),踏板跟蹤、支撐、協(xié)調(diào)
4、運(yùn)載用戶運(yùn)動;擺動相控制算法是行走控制算法的核心。針對平面直線行走,設(shè)計(jì)了擺動相基于踝關(guān)節(jié)位置預(yù)測的行走控制算法,是踏板式行走交互平臺行走控制算法的核心。針對平面轉(zhuǎn)彎,設(shè)計(jì)了單一擺動相小角度分階段轉(zhuǎn)彎控制算法,并推導(dǎo)了轉(zhuǎn)彎判斷準(zhǔn)則。針對空間行走,提出了運(yùn)用虛擬地形信息的基本原則,并設(shè)計(jì)了基于平均速度的上下臺階、上下坡行走控制算法。
最后,建立了ADAMS-MATLAB聯(lián)合仿真模型,定量分析采樣頻率對直線行走擺動相基于踝關(guān)節(jié)位置
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