基于虚拟现实的六自由度平台系统设计与仿真.pdf

厦门大学
硕士学位论文
基于虚拟现实的六自由度平台系统设计与仿真
姓名:孙文磊
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:叶瑰昀
20060601
摘要在运载器运动控制领域,运动仿真平台的出现对运动控制技术的发展起着举足轻重的作用。作为模拟运载器运动的机构,运动仿真平台有着广泛的应用:梢宰魑:娇飞行模拟器,梢宰魑;魅说哪D庠硕梗在娱乐界可以作为体感模拟娱乐机,米鞣苫⒋啊⑶蓖А⒑教炱鞯仍硕靥逯邢喙匾瞧魃璞傅氖匝椤教ɑ故窃硕抡嫫教ㄖ凶钪囊恢植⒘;蛊教ǎ琒半台的出现始于年德国学者⒚鞯木哂辛杂啥仍硕芰Φ牟⒘;狗尚心D器。目前经典的教ɑ褂缮稀⑾铝礁銎教ê土隹缮焖醯闹纫约八侵的连接铰链构成,其下平台通常为基台猵,上平台通常为负载平台—即絣台的工作平台半台通过六个支腿的伸缩运动可以实现负载平台存工作空间范围内的六自由度运动,并具有刚度高、精度高、承载能力强、动态特性好等优点。近年来,在运动平台的开发的过程中逐渐引入了虚拟现实技术,虚拟现实技术的迅速发展也带动了对运动平台的研究与开发。虚拟现实技术自年美国计算机科学家提出后,发展十分迅速,并广泛应用于军事、航空航天、自动控制、医疗康复、教育娱乐等各个领域。本系统的基本结构采用的是教ǎ疚难芯苛薙平台的基本特性、动力学和运动学模型,以及平台的六根支腿之间的相互运动情况,并将虚拟现实技术应用到本系统中。同时研究了数据采集时应注意的问题及驱动数据采集卡的方法,并用模拟显示出平台的各个参数的变化情况以及用D獬銎教ㄔ谑艿缴鲜霾数变化之后所产生的相应的运动状态及视景变化。另外本文还对立体视觉的形成机制做了初步的研究,为以后可以利用虚拟现实技术对生成立体图像的工作打下基础。关键字:虚拟现实,教ǎ抡
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声明人┟:弧之兢民厦门大学学位论文原创性声明兹呈交的学位论文,是本人在导师指导下独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果,均在文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文产生的权利和责任。
刷程名’影⒉槐C堋作者签名:么⒅日期:徽寄辍隆厦门大学学位论文著作权使用声明日期:蛔衫年拢本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电子版,有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅,有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索,有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。本学位论文属于⒈C年解密后适用本授权书。朐谝陨舷嘤ê拍诖颉啊獭,
绪论第引言近年来,在运动平台的开发的过程中逐渐引入了虚拟现实Ⅳ技术,虚拟现实技术医疗康复、教育娱乐等各个领域∞】。虚拟现实的本质是客观事物在计鼻帆上鹊一请伤其在运载器运动控制领域,运动仿真平台的出现对运动控制技术的发展起着举足轻重的作用。作为模拟运载器运动的机构,运动仿真平台有着广泛的应用:梢宰魑:娇飞行模拟器,梢宰魑;⒋啊⑶蓖А⒑教炱鞯仍硕靥逯邢喙匾瞧魃璞傅氖匝椤7抡嫫教ǹ以展现各类运动器的摇摆、回转和平移等运动,且在模拟环境下进行测试实验比实际环境下测试试验要方便,而且节省大量人力、物力。本文主要着重于六自由度运动仿真平台在模拟船舶运动方面的应用。船舶在海面上航行时,由于受到海浪、海风及海流等海洋环境扰动的作用,不可避免地要产生各种摇荡。如果将船体看作刚体,则这种摇荡运动可以分解为三种转动位移和三种直线位移,包括横摇、纵摇、首摇和垂荡、纵荡、横荡。在实验室环境中,将此平台用来模拟船舶在海浪中的运动,可以用于研究船舶受风浪影响之后的变化情况,进而可用于抗晕船病训练和抗晕船病药物测试,也可以用于对各种船用仪器设备进行陆地测试等。作为海洋条件下模拟舰艇运动载体的六自由度运动平台系统是舰艇模拟非常重要的组成部分,它能够提供舰艇运动中出现的各种感觉和姿态,以及舰艇可能出现的多种危险情形等。因此,研究设计模拟海洋条件的六自由度运动系统对舰艇研究具有重要的经济价值和战略意义。与诸如飞行器仿真转台,飞船对接模拟转台等相比,舰艇运动模拟转台的参数要高,运动的幅度要大。而对于海洋条件下的舰艇摇摆仿真转台的指标要求更高,不仅对运动的幅度提出较高要求,、加速度等也提出了很高的要求。因此,海洋条件下的摇摆台架的设计比较复杂。不过整个六自由度摇摆台的技术还是比较成熟的。的迅速发展也带动了对运动平台的研究与开发。虚拟现实技术自年美国计算机科学家提出后,发展十分迅速,并广泛应用于军事、航空航天、自动控制、实现,“是一种由计算机全部或部分生成的多维感觉环境,给参与者产生各种感官信息,第滦髀