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)實等新技術的飛行模擬訓練設備。虛擬現(xiàn)實頭盔作為一種重要的虛擬現(xiàn)實交互設備，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實現(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的角度分析了人體的骨骼構造結構

2、、運動結構以及人體關節(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構模型。接著運用串聯(lián)機器人運動學正解方法——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飛行模擬訓練器中對四名飛行學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)的結構設計方案進行驗證，需要以頭部運動模型作為ADAMS虛擬樣機中并聯(lián)機構動力學模型的輸入。因此在已有頭部運動