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基于虚拟现实的六自由度平台系统设计与仿真

作　者: 孙文磊
导　师: 叶瑰昀
学　校: 厦门大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 虚拟现实 Stewart平台 3DS MAX 仿真
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 627次
引　用: 10次
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内容摘要

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:(1)可以作为航空飞行模拟器,(2)可以作为机器人的模拟运动机构,(3)在娱乐界可以作为体感模拟娱乐机,(4)用作飞机、船舶、潜艇、航天器等运动载体中相关仪器设备的试验。Stewart平台机构是运动仿真平台中最著名的一种并联机构平台,Stewart平台的出现始于1965年德国学者Stewart发明的具有六自由度运动能力的并联机构飞行模拟器。目前经典的Stewart平台机构由上、下两个平台和六个可伸缩的支腿以及它们之间的连接铰链构成,其下平台通常为基台(Base-platform),上平台通常为负载平台(Payload-platform)(即Stewart平台的工作平台)。Stewart平台通过六个支腿的伸缩运动可以实现负载平台在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(VR)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1989年美国计算机科学家Jaron Lanier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Stewart平台,本文研究了Stewart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Matlab模拟显示出平台的各个参数的变化情况以及用3D Max模拟出平台在受到上述参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。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
CONTENTS  8-9
第1 章绪论  9-16
  1.1 引言  9-10
  1.2 相关技术的国内外发展现状和前景  10-14
  1.3 研究的目的及意义  14-15
  1.4 本文研究的主要内容  15-16
第2 章虚拟现实技术研究  16-25
  2.1 虚拟现实技术定义  16
  2.2 虚拟现实技术概述  16-19
  2.3 虚拟现实系统的特点  19-20
  2.4 视觉现场感的产生及立体视觉形成的机理  20-21
  2.5 虚拟立体视觉图像生成的一般算法  21-22
  2.6 虚拟现实系统的构成  22-24
  2.7 虚拟现实的研究内容与关键技术  24-25
第3 章数据采集方法设计  25-33
  3.1 信号与系统初步  25-27
  3.2 数据采集应注意的几个问题  27-28
  3.3 数据采集卡的组成  28-31
  3.4 LABVIEW 驱动普通数据采集卡的方法  31-33
第4 章系统设计与仿真  33-64
  4.1 实时三维建模软件3D MAX  33-34
  4.2 三维建模方法  34-36
  4.3 3DS MAX 文件的存储格式  36-38
  4.4 STEWART 平台设计  38-47
  4.5 摇摆台在MATLAB 中的运动学仿真  47-58
  4.6 STEWART 转台的三维动态仿真  58-61
  4.7 船体在OPENGL 中的动态仿真  61-64
第5 章总结  64-66
  5.1 结论  64-65
  5.2 本文研究工作的建议  65-66
参考文献  66-69
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  69-70
致谢  70

基于虚拟现实的六自由度平台系统设计与仿真

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