基于虛擬現(xiàn)實的滑雪模擬器系統(tǒng)設計與研制.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實(VR)技術的迅速發(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)實技術?；┠M器作為一種能夠正確模擬滑雪動作的仿真設備，不僅能對滑雪運動員進行訓練、縮短培訓周期，還能以新的傳播方式向民眾普及和推廣冬季體育運動。目前國內(nèi)的滑雪模擬器大多只停留在簡單的機械運動上，存在系統(tǒng)操作復雜、使用壽命短、用戶體驗差等問題。虛擬現(xiàn)實技術則為滑雪仿真平臺提供了新的解決方案。本文針對滑雪模擬器的運動特性和實際應用的需要，對基于虛擬現(xiàn)實技術的

2、滑雪模擬器系統(tǒng)進行了分析與研制工作，研究成果具有實際的應用價值。全文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.研究了滑雪模擬器設計原則以及技術指標，結合虛擬現(xiàn)實技術確定了滑雪模擬器總體設計方案，提出了以三自由度并聯(lián)機構作為主要硬件平臺的滑雪模擬器系統(tǒng)。該結構剛度好、易于控制且有良好的靈活性，可以實現(xiàn)模擬滑雪動作的功能。
　　2.對三自由度運動平臺結構進行了分析，采用空間姿態(tài)角表示方法建立了運動平臺的數(shù)學模型進而推導出其運動學反解公式。通

3、過改變?nèi)齻€支撐桿的長度實現(xiàn)了平臺的的運動，仿真結果顯示所設計的平臺可以實現(xiàn)滑雪運動中的俯仰、滾動以及垂直升降的姿態(tài)。
　　3.研究了電動缸伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制特性，對所選型號電機和傳動裝置建立了相對簡單的數(shù)學模型，采用PID算法對其進行控制并結合三自由度平臺進行仿真。仿真結果顯示伺服驅(qū)動系統(tǒng)有良好的控制性能。
　　4.采用模塊化的思想，對滑雪模擬器平臺控制系統(tǒng)的軟件架構進行設計，包括與VR上位機的通訊接口設計，將控制系統(tǒng)分為電

4、機設定模塊、電機控制模塊、傳感器數(shù)據(jù)模塊、電機狀態(tài)模塊、電機狀態(tài)模塊、運動軸實時位置模塊、通訊數(shù)據(jù)模塊以及數(shù)據(jù)記錄模塊。測試結果顯示整個控制系統(tǒng)功能完善，具有友好的通信接口和人機交互功能。
　　此外，為了驗證滑雪模擬器系統(tǒng)的正確性，對重力傳感器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)等設備進行了標定實驗，實驗結果表明設備在精度以及響應速度方面均滿足要求;還結合虛擬視景系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)測試，測試結果顯示滑雪模擬器系統(tǒng)滑雪體驗性能良好，符合設計要求，并已成