面向輕型模擬器的頭部運動建模.pdf

1、輕型飛行模擬器是一種基于虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)的飛行模擬訓(xùn)練設(shè)備。虛擬現(xiàn)實頭盔作為一種重要的虛擬現(xiàn)實交互設(shè)備，是輕型飛行模擬器的重要組成部分。本文所提到的頭盔是以六自由度并聯(lián)機器人作為運動執(zhí)行機構(gòu)的頭盔伺服系統(tǒng)。六自由度并聯(lián)機器人主要負責完成或?qū)崿F(xiàn)對虛擬現(xiàn)實頭盔的跟蹤定位、佩戴減重和運動伺服功能。頭盔伺服系統(tǒng)的性能要求取決于頭部的運動特點。
　　 為了對頭部運動特點開展較為深入的研究，本文首先從人機工程學(xué)的角度分析了人體的骨骼構(gòu)造結(jié)構(gòu)

2、、運動結(jié)構(gòu)以及人體關(guān)節(jié)運動自由度，然后對整個骨骼體系進行了簡化處理并建立了人體軀干至頭部的結(jié)構(gòu)模型。接著運用串聯(lián)機器人運動學(xué)正解方法——D-H法得到頭部頂端的位置公式，并在在MATLAB中對飛行員的頭部運動范圍進行了仿真。同時考慮到飛行模擬器座艙環(huán)境空間對人體活動范圍的限制，通過選取座艙面板區(qū)域的極限位置點對飛行員的頭部運動范圍加以環(huán)境約束，從而獲得了更為準確和有效的頭部運動范圍。
　　 為了獲得頭部運動的靜態(tài)和動態(tài)特性，在A3

3、20飛行模擬訓(xùn)練器中對四名飛行學(xué)員在飛行操作過程中的頭部運動信息進行采集，包括頭部的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)。通過實際采集到的頭部運動位置數(shù)據(jù)驗證了理論求解頭部運動范圍的可行性。運用數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析方法和統(tǒng)計圖形方法對采集的數(shù)據(jù)進行處理和分析，總結(jié)出頭部運動在位置與姿態(tài)、速度和加速度特性方面的幾個特點。
　　 最后，為了對頭盔伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行驗證，需要以頭部運動模型作為ADAMS虛擬樣機中并聯(lián)機構(gòu)動力學(xué)模型的輸入。因此在已有頭部運動