基于虛擬現(xiàn)實(shí)的滑雪模擬器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的迅速發(fā)展，在滑雪模擬器系統(tǒng)開發(fā)的過程中逐漸引入了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)?；┠M器作為一種能夠正確模擬滑雪動(dòng)作的仿真設(shè)備，不僅能對(duì)滑雪運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行訓(xùn)練、縮短培訓(xùn)周期，還能以新的傳播方式向民眾普及和推廣冬季體育運(yùn)動(dòng)。目前國內(nèi)的滑雪模擬器大多只停留在簡(jiǎn)單的機(jī)械運(yùn)動(dòng)上，存在系統(tǒng)操作復(fù)雜、使用壽命短、用戶體驗(yàn)差等問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則為滑雪仿真平臺(tái)提供了新的解決方案。本文針對(duì)滑雪模擬器的運(yùn)動(dòng)特性和實(shí)際應(yīng)用的需要，對(duì)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的

2、滑雪模擬器系統(tǒng)進(jìn)行了分析與研制工作，研究成果具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。全文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.研究了滑雪模擬器設(shè)計(jì)原則以及技術(shù)指標(biāo)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)確定了滑雪模擬器總體設(shè)計(jì)方案，提出了以三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為主要硬件平臺(tái)的滑雪模擬器系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)剛度好、易于控制且有良好的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)模擬滑雪動(dòng)作的功能。
　　2.對(duì)三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，采用空間姿態(tài)角表示方法建立了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)而推導(dǎo)出其運(yùn)動(dòng)學(xué)反解公式。通

3、過改變?nèi)齻€(gè)支撐桿的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的的運(yùn)動(dòng)，仿真結(jié)果顯示所設(shè)計(jì)的平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)滑雪運(yùn)動(dòng)中的俯仰、滾動(dòng)以及垂直升降的姿態(tài)。
　　3.研究了電動(dòng)缸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制特性，對(duì)所選型號(hào)電機(jī)和傳動(dòng)裝置建立了相對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型，采用PID算法對(duì)其進(jìn)行控制并結(jié)合三自由度平臺(tái)進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果顯示伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有良好的控制性能。
　　4.采用模塊化的思想，對(duì)滑雪模擬器平臺(tái)控制系統(tǒng)的軟件架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括與VR上位機(jī)的通訊接口設(shè)計(jì)，將控制系統(tǒng)分為電

4、機(jī)設(shè)定模塊、電機(jī)控制模塊、傳感器數(shù)據(jù)模塊、電機(jī)狀態(tài)模塊、電機(jī)狀態(tài)模塊、運(yùn)動(dòng)軸實(shí)時(shí)位置模塊、通訊數(shù)據(jù)模塊以及數(shù)據(jù)記錄模塊。測(cè)試結(jié)果顯示整個(gè)控制系統(tǒng)功能完善，具有友好的通信接口和人機(jī)交互功能。
　　此外，為了驗(yàn)證滑雪模擬器系統(tǒng)的正確性，對(duì)重力傳感器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)備在精度以及響應(yīng)速度方面均滿足要求;還結(jié)合虛擬視景系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示滑雪模擬器系統(tǒng)滑雪體驗(yàn)性能良好，符合設(shè)計(jì)要求，并已成