面向輕型模擬器的頭部運(yùn)動(dòng)建模.pdf

1、輕型飛行模擬器是一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)的飛行模擬訓(xùn)練設(shè)備。虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔作為一種重要的虛擬現(xiàn)實(shí)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(jī)器人作為運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頭盔伺服系統(tǒng)。六自由度并聯(lián)機(jī)器人主要負(fù)責(zé)完成或?qū)崿F(xiàn)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的跟蹤定位、佩戴減重和運(yùn)動(dòng)伺服功能。頭盔伺服系統(tǒng)的性能要求取決于頭部的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。
　　 為了對(duì)頭部運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)開展較為深入的研究，本文首先從人機(jī)工程學(xué)的角度分析了人體的骨骼構(gòu)造結(jié)構(gòu)

2、、運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)以及人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)自由度，然后對(duì)整個(gè)骨骼體系進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理并建立了人體軀干至頭部的結(jié)構(gòu)模型。接著運(yùn)用串聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(duì)飛行員的頭部運(yùn)動(dòng)范圍進(jìn)行了仿真。同時(shí)考慮到飛行模擬器座艙環(huán)境空間對(duì)人體活動(dòng)范圍的限制，通過選取座艙面板區(qū)域的極限位置點(diǎn)對(duì)飛行員的頭部運(yùn)動(dòng)范圍加以環(huán)境約束，從而獲得了更為準(zhǔn)確和有效的頭部運(yùn)動(dòng)范圍。
　　 為了獲得頭部運(yùn)動(dòng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，在A3

3、20飛行模擬訓(xùn)練器中對(duì)四名飛行學(xué)員在飛行操作過程中的頭部運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行采集，包括頭部的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)。通過實(shí)際采集到的頭部運(yùn)動(dòng)位置數(shù)據(jù)驗(yàn)證了理論求解頭部運(yùn)動(dòng)范圍的可行性。運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法和統(tǒng)計(jì)圖形方法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，總結(jié)出頭部運(yùn)動(dòng)在位置與姿態(tài)、速度和加速度特性方面的幾個(gè)特點(diǎn)。
　　 最后，為了對(duì)頭盔伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，需要以頭部運(yùn)動(dòng)模型作為ADAMS虛擬樣機(jī)中并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的輸入。因此在已有頭部運(yùn)動(dòng)