




版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
1、 (1) 汽車駕駛仿真器(2) 數(shù)據(jù)手套和力反饋器 班級:計(jì)研161 姓名:史新夢 學(xué)號:2201600472目錄概述31.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.2汽車駕駛模擬簡介31.3 存在問題5汽車駕駛仿真器概述隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展,3D 虛擬仿真技術(shù)在很多領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。汽車駕駛模擬器將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于汽車駕駛系統(tǒng)中,通過計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生汽車行駛過程中的虛擬視景、音響效果和運(yùn)動仿真,使駕駛員沉浸到虛擬的駕駛交通環(huán)境中,產(chǎn)生實(shí)車駕駛感覺,從而學(xué)習(xí)和體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)世界中的汽車駕駛。由于汽車駕駛仿真系統(tǒng)可無任何風(fēng)險(xiǎn)地重復(fù)和再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中的各種災(zāi)難性事件(如汽車碰撞等),其既能安全、有效地提高駕駛
2、員技術(shù)水平,又能降低各種費(fèi)用,可極大地提高汽車駕駛員的培訓(xùn)質(zhì)量和效率,降低事故發(fā)生率,所以在新車型開發(fā)和駕駛培訓(xùn)方面應(yīng)用十分廣泛,正日益受到國內(nèi)外交通安全領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從20世紀(jì)80年代以來,國外的各大汽車集團(tuán)和汽車技術(shù)研究機(jī)構(gòu)就開始投入大量的人力、物力甚至應(yīng)用國防及空間領(lǐng)域的高精技術(shù)來開發(fā)各類駕駛仿真系統(tǒng)。1985 年,德國戴姆勒 奔馳公司在柏林研制成功了六自由度開發(fā)型駕駛模擬器,該系統(tǒng)已成功地用于系列化高速轎車的產(chǎn)品開發(fā)中。與此同時,瑞典的 VDI 公司也建成了規(guī)模較小的汽車駕駛模擬器。隨著時代的變化,德國、瑞典、日本、美國的各大汽車廠家和研究室都相應(yīng)更新了自己的開
3、發(fā)型汽車駕駛仿真系統(tǒng),不斷完善車輛的動力學(xué)模型,運(yùn)動系統(tǒng)都可以模擬六個自由度的運(yùn)動情況,視景系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)成像系統(tǒng) (CGI) ,可以提供逼真的車輛環(huán)境。我國在這方面的研究起步較晚。目前,北京航空航天大學(xué)研制的 MCGI-9410T 計(jì)算機(jī)成像系統(tǒng)、航空精密機(jī)械研究所研制的 QMCGI 汽車駕駛訓(xùn)練模擬系統(tǒng)也相當(dāng)有代表性。吉林大學(xué)汽車動態(tài)模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)完成的開發(fā)型 ADSL16,17 駕駛模擬器,按其建設(shè)規(guī)模和性能設(shè)計(jì)指標(biāo),現(xiàn)居世界第二位。該 ADSL 駕駛模擬器具有:真實(shí)的人 車操作界面、重復(fù)可控的試驗(yàn)場景、可任意嵌入實(shí)物試驗(yàn)、高速的仿真運(yùn)算能力、無風(fēng)險(xiǎn)的極限場景試驗(yàn)等功能。出現(xiàn)了基
4、于 LabVIEW、V IRTO O LS 的汽車駕駛仿真系統(tǒng)研究。1.2汽車駕駛模擬簡介顯示系統(tǒng),采用被動立體大屏幕投影技術(shù),圖1 駕駛模擬器操縱系統(tǒng)(4.4×2.5)m 的正投軟幕、1680×1050 的超高分辨率和偏振光學(xué)眼鏡為觀眾和駕駛體驗(yàn)者構(gòu)建完全沉浸感的顯示環(huán)境。兩臺投影機(jī)同時投射,一臺投射左眼圖像,另一臺同步投射右眼圖像,將左右眼圖像同時投射到屏幕上。用戶佩戴立體眼鏡既能在視覺上產(chǎn)生立體感覺。駕駛員操作系統(tǒng)(圖1),有油門、制動器、離合器三個踏板,一個方向盤,一個六檔位變換器,以及十二個按鈕開關(guān)。在系統(tǒng)輸入模塊中通過定義油門踏板開度、制動器踏板開度、離合器踏板
5、開度和方向盤轉(zhuǎn)角等四個連續(xù)變量,六個檔位枚舉變量以及各個按鈕變量。軟件系統(tǒng),軟件是以VisualStudio2008 為開發(fā)平臺,利用 Delta3D,OpenDynamicsEngine (ODE)編程實(shí)現(xiàn)的。汽車駕駛模擬系統(tǒng)主要由信號采集子系統(tǒng)、車輛動力學(xué)仿真子系統(tǒng)、視景仿真子系統(tǒng)組成。信號采集子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采集駕駛員的操作行為(可900°旋轉(zhuǎn)的方向盤、換擋手柄、油門、剎車踏板),然后把采集到的數(shù)據(jù)信息傳送給車輛動力學(xué)子系統(tǒng),通過車輛動力學(xué)子系統(tǒng)計(jì)算駕駛車輛的行駛狀態(tài),視景仿真子系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果,更新場景中物體狀態(tài)。虛擬模型建立包括靜態(tài)場景的建立和虛擬車輛模型的建立與驅(qū)動。靜態(tài)場
6、景如駕考中心(圖2)、城市道路環(huán)境(圖3)、山區(qū)道路環(huán)境(圖4)等等。圖4 山區(qū)道路環(huán)境圖3城市道路環(huán)境圖2 移庫倒庫考試區(qū)場景模型主要使用 3ds max 軟件建立。車輛模型主要包含車輛本身的外觀模型和動力學(xué)模型。外觀模型通過3dsmax建立,動力學(xué)建模使用了ODE動力學(xué)引擎。駕駛員通過方向盤、踏板(油門、剎車、離合)、換擋手柄來控制車輛運(yùn)動,系統(tǒng)通過人機(jī)交互接口把外部輸入信號傳給動力學(xué)仿真模塊,其流程,如圖5 所示。動力學(xué)模塊根據(jù)不同的輸入信號進(jìn)行處理計(jì)算,其計(jì)算流程,如圖6 所示。圖6 汽車動力學(xué)系統(tǒng)圖5 操作系統(tǒng)信號傳遞流程1.3 存在問題目前國內(nèi)外關(guān)于3D 模擬仿真多采用 Visua
7、l Studio、Eclipse、3DS Max、Maya 等軟件協(xié)同開發(fā),場景真實(shí)、效果逼真,但是程序多由文本語言產(chǎn)生代碼編寫而成,導(dǎo)致工作量大,程序的直觀性也不友好。國外重視硬件開發(fā),生成的視景數(shù)據(jù)太大,導(dǎo)致對硬件要求提高,模擬器的價格昂貴。虛擬場景、操作與實(shí)際駕駛存在一定的差別,影響駕駛體驗(yàn)。開發(fā)技術(shù)含量相對較低,已經(jīng)研制出來的汽車駕駛模擬系統(tǒng)大都沒有擺脫賽車游戲模式的束縛,或多或少地存在著汽車視景與操縱動作脫節(jié)、遲后,“沉浸感”、“交互性”與“實(shí)時性”不強(qiáng)等缺點(diǎn)。隨著對汽車駕駛仿真系統(tǒng)需求的不斷增加,學(xué)員需要的培訓(xùn)方式不僅僅是對汽車上操縱機(jī)構(gòu)的熟悉和應(yīng)用過程,而是一種“自助式”的教學(xué)過
8、程。這就要求駕駛模擬裝置不僅能夠提供仿真的駕駛環(huán)境,而且還要求在駕駛訓(xùn)練的過程中起到一種人類教練所具有指導(dǎo)功能,能夠?qū)τ?xùn)練者的操作過程進(jìn)行監(jiān)督,指出其在操作上的錯誤并予以糾正,以及在操作完成時對訓(xùn)練者所完成的操作進(jìn)行合理的評價??梢?,自主研究與開發(fā)一個在普通微機(jī)上實(shí)現(xiàn)的,大眾化、易于普及的,針對人 車 環(huán)境閉環(huán)系統(tǒng)開發(fā)、適合我國道路狀況和交通法規(guī)的汽車駕駛仿真系統(tǒng)任重而道遠(yuǎn)。數(shù)據(jù)手套設(shè)備的應(yīng)用一 數(shù)據(jù)手套簡介數(shù)據(jù)手套一般按功能需要可以分為:虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)手套、力反饋數(shù)據(jù)手套。虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)手套是一種多模式的虛擬現(xiàn)實(shí)硬件,通過軟件編程,可進(jìn)行虛擬場景中物體的抓取、移動、旋轉(zhuǎn)等動作,也可以利用它的多模
9、式性,用作一種控制場景漫游的工具。數(shù)據(jù)手套的出現(xiàn),為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了一種全新的交互手段,目前的產(chǎn)品已經(jīng)能夠檢測手指的彎曲,并利用磁定位傳感器來精確地定位出手在三維空間中的位置。這種結(jié)合手指彎曲度測試和空間定位測試的數(shù)據(jù)手套被稱為"真實(shí)手套",可以為用戶提供一種非常真實(shí)自然的三維交互手段。力反饋數(shù)據(jù)手套:借助數(shù)據(jù)手套的觸覺反饋功能,用戶能夠用雙手親自"觸碰"虛擬世界,并在與計(jì)算機(jī)制作的三維物體進(jìn)行互動的過程中真實(shí)感受到物體的振動。觸覺反饋能夠營造出更為逼真的使用環(huán)境,讓用戶真實(shí)感觸到物體的移動和反應(yīng)。此外,系統(tǒng)也可用于數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域,能夠探測與出地面密度
10、、水含量、磁場強(qiáng)度、危害相似度、或光照強(qiáng)度相對應(yīng)的振動強(qiáng)度。二 數(shù)據(jù)手套實(shí)現(xiàn)的基本原理數(shù)據(jù)手套實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于手掌、手指及手腕的各個有效部位的彎曲、外展等測量以及在此基礎(chǔ)上的姿態(tài)的反演。完成反演主要取決于人體手部姿態(tài)的建模,最根本的就是,確定傳感器測量數(shù)據(jù)和手部各關(guān)節(jié)運(yùn)動姿態(tài)的對應(yīng)關(guān)系。對一個具體的數(shù)據(jù)手套應(yīng)用過程,可設(shè)由手部各彎角組成的向量f= ( f1, f2, , fn)與對應(yīng)傳感器示數(shù)組成的向量d=(d1,d2, ,dn)。顯然f和d之間存在著強(qiáng)耦合的映射關(guān)系。數(shù)據(jù)手套的實(shí)現(xiàn)即是根據(jù)示數(shù)向量d,找出原映射關(guān)系的逆映射,從而反演出手部各部位的姿態(tài)。手部軟組織的存在,是人手和機(jī)械手區(qū)別的主要
11、差異,使得人手無法和普通的剛性桿鉸鏈相比,這就加大了問題求解的復(fù)雜性。手部某一關(guān)節(jié)的運(yùn)動,不僅會作用于對應(yīng)的傳感器的示數(shù)發(fā)生變化,而且通過軟組織的相互作用,使其他的傳感器示數(shù)也發(fā)生變化。如果要求保證一定的精度,必須對求得的逆映射進(jìn)行解耦計(jì)算。三 數(shù)據(jù)手套通用種類5觸點(diǎn)數(shù)據(jù)手套主要是測量手指的彎曲(每個手指一個測量點(diǎn))14觸點(diǎn)數(shù)據(jù)手套主要是測量手指的彎曲(每個手指兩個測量點(diǎn))18個傳感器觸覺數(shù)據(jù)手套28個傳感器觸覺數(shù)據(jù)手套骨架式力反饋數(shù)據(jù)手套 圖1 數(shù)據(jù)手套實(shí)物圖下圖為數(shù)據(jù)手套實(shí)物圖,圖1四 使用說明下面以DT公司的“5DT Data Glove Ultra”為例,做一下說明。系統(tǒng)通過USB數(shù)據(jù)
12、線與計(jì)算機(jī)相連。通過“5DT Data Glove Ultra”串行接口模塊可以使用串行端口(RS 232 視平臺而定)選項(xiàng)。該系統(tǒng)具有8-bit曲度解析率、佩戴舒適、低漂移和開放式結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。通過藍(lán)牙技術(shù)(距離可達(dá)20米),僅需使用一塊電池,“5DT Data Glove Ultra ”無線模塊即可實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的高速連接長達(dá)8小時。產(chǎn)品配有左右手兩種型號,統(tǒng)一尺寸,適應(yīng)性超強(qiáng)(由可伸縮的萊卡布制成)。圖2是該數(shù)據(jù)手套的產(chǎn)品規(guī)格。規(guī)格5DT Data Glove 5 Ultra操作系統(tǒng):Cross platform SDK for Windows, Linux and UNIX operati
13、ng systems 軟件:Kaydara MOCAP, 3D Studio Max ,Maya, SoftImage XSI 接口:USB 傳感器數(shù)量:5 傳感器解析度 (°):0.2 (A/D)傳感器的數(shù)據(jù)傳輸速率 (Hz):75 (>)傳感器類型:光纖無線: Optional 圖2 產(chǎn)品規(guī)格 有線數(shù)據(jù)手套安裝步驟:1. 連接線的Rj12端口與手套連接2. 連接線的USB端口與PC機(jī)的USB端口連接 3. 將手套戴在手上即可五 研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景Dataglove(已注冊商標(biāo))是VPL公司于20世紀(jì)90年代推出的最早的數(shù)據(jù)手套,缺點(diǎn)是容易受用戶手尺大小影響,應(yīng)用過程中需要重
14、新校正(防止手套與手指之間滑動帶來的誤差);Cyberglove由VirtualTechnologies公司于1991年推出;5DT公司于1995年推出的Dataglove數(shù)據(jù)手套系列,被設(shè)計(jì)為三維輸入設(shè)備,適合對虛擬世界的控制和操作,手勢識別,物理療法和物理復(fù)原,遠(yuǎn)程機(jī)器人的控制等;Dataglove是解放軍理工大學(xué)于2002年研制成功的數(shù)據(jù)手套,適用于機(jī)器手控制和VR應(yīng)用,能作為功能評估、損傷恢復(fù)、心理測試、虛擬訓(xùn)練等輸入。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,數(shù)據(jù)手套的研制和應(yīng)用也不斷深入?;谑謾C(jī)與數(shù)據(jù)手套的手語識別為盲人和不懂手語的交流提供了方便。美國Boneing公司制造了一架虛擬
15、飛機(jī),運(yùn)用數(shù)據(jù)手套進(jìn)行控制,從而觀察設(shè)計(jì)結(jié)果,考察性能指標(biāo)。NEC公司開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),操作者通過使用數(shù)據(jù)手套可以處理三維CAD中的形體模型。力反饋器的應(yīng)用一 力反饋技術(shù)簡介力反饋是在人機(jī)交互過程中,計(jì)算機(jī)對操作者的行為做出反應(yīng),并通過力反饋設(shè)備作用于操作者的過程。作為虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)的關(guān)鍵技術(shù),力反饋技術(shù)近年來受到廣泛關(guān)注,尤其在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,其在產(chǎn)品開發(fā)、操作仿真、虛擬裝配中扮演著越來越重要的角色。對力反饋器的研究可以追溯到18世紀(jì)。目前的力反饋器按照結(jié)構(gòu)形式可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。串聯(lián)式力反饋器各單元在空間上沒有重疊、交叉或平行的部分,有利于其他元件的安裝和設(shè)計(jì),但在工作空間內(nèi)存
16、在大量的奇異點(diǎn),影響力反饋器的操作性能,不利于控制,且剛度較低,不能生成實(shí)時力反饋。并聯(lián)式力反饋器剛度高、承載能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)動慣量小、運(yùn)動精度高,但其運(yùn)動空間較小,在復(fù)雜的運(yùn)動機(jī)構(gòu)中,運(yùn)動副的摩擦明顯增加,并相互耦合,往往很難控制。因此,盡管力反饋器已有很長的研究歷史,但性能優(yōu)良的力反饋器結(jié)構(gòu)形式仍是研究的重要課題。二 力反饋器的工作原理系統(tǒng)工作時,機(jī)械結(jié)構(gòu)部分在操作者的操縱下進(jìn)行運(yùn)動,位置、速度、力等參數(shù)被傳感器獲得;力反饋器將獲得的信息傳遞到生成虛擬環(huán)境的工作站,工作站負(fù)責(zé)運(yùn)行虛擬環(huán)境生成軟件,構(gòu)建虛擬場景并動態(tài)顯示其中的虛擬物體,其內(nèi)嵌的處理單元通過力的計(jì)算函數(shù),將接收到的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的位置
17、、速度、力等信息處理成矢量力信號,并將其輸入到控制單元;控制單元將這些輸入信號傳遞到驅(qū)動單元進(jìn)行放大處理,再用來驅(qū)動力反饋器內(nèi)的驅(qū)動執(zhí)行元件工作,以使其產(chǎn)生一定的力或力矩信息,最后通過機(jī)械結(jié)構(gòu)部分傳遞給操作者。圖1所示為力反饋器的工作原理。圖1 力反饋器的工作原理 三 力反饋器的分類力反饋設(shè)備按照外形尺寸和工作范圍空間大體可以分為三類:手指型、手臂型和全身型。其中手指型力反饋器佩戴方便,運(yùn)動自如但重量大、易疲勞、活動范圍易受限制、響應(yīng)時間長。數(shù)據(jù)手套其中就用了手指型力反饋器;手臂型操作方便、產(chǎn)品多、應(yīng)用范圍廣、動態(tài)響應(yīng)高,其缺點(diǎn)是價格昂貴、摩擦力大、產(chǎn)出力難以滿足需要,三維鼠標(biāo)就是它的一個應(yīng)用
18、;全身型力反饋器工作空間大、自由度多,但由于價格昂貴、體積大、安全性能低,故而產(chǎn)品較少、應(yīng)用范圍小。 圖2 手指型力反饋器 圖3 手臂型力反饋器手臂型設(shè)備的工作空間較大,運(yùn)動的自由度較多,目前開發(fā)的此類設(shè)備最多。其中最著名的是美國 Sensable 公司制造的 PHANTOM 桌面力反饋系統(tǒng)。作為連接虛擬與現(xiàn)實(shí)世界的紐帶,力反饋設(shè)備的升級換代著重體現(xiàn)在對操作真實(shí)程度的不懈追求,雖然各公司研發(fā)的力反饋技術(shù)稍有不同,但根本原理是一樣的。四 力反饋器的應(yīng)用力反饋器的發(fā)展使人機(jī)交互更加自然流暢,目前已廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、游戲、模擬仿真、遠(yuǎn)程操控等等諸多領(lǐng)域。虛擬手術(shù)是一門綜合性學(xué)科,利用醫(yī)學(xué)影像的數(shù)據(jù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),通過計(jì)算機(jī)和力學(xué)反饋設(shè)備構(gòu)建一個虛擬的環(huán)境,可以為
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- DB36-T1733-2022-貝貝南瓜大棚生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程-江西省
- DB36-T1603-2022-甜瓜設(shè)施栽培連作生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程-江西省
- 兒科護(hù)理核心要點(diǎn)
- 醫(yī)學(xué)美容技術(shù)課件APP
- 掌握Delphi的網(wǎng)絡(luò)編程關(guān)鍵試題及答案
- 醫(yī)學(xué)類說課課件
- 福建省南平市2024-2025學(xué)年高二語文上學(xué)期期末質(zhì)量檢測試題
- 2025年健美操社會體育指導(dǎo)員高級模擬試卷:成套編排與教學(xué)法專家點(diǎn)評
- 2025年思科CCNA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模擬試卷:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)挑戰(zhàn)題庫
- 2025年執(zhí)業(yè)藥師考試藥物化學(xué)模擬試卷:藥學(xué)專業(yè)知識(一)深度解析
- 2025年年中考物理綜合復(fù)習(xí)(壓軸特訓(xùn)100題55大考點(diǎn))(原卷版+解析)
- 西紅門鎮(zhèn)生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站及環(huán)衛(wèi)停車場工程報(bào)告表
- 2025年信息系統(tǒng)監(jiān)理師考試題(附答案)
- 醫(yī)院檢驗(yàn)科實(shí)驗(yàn)室生物安全程序文件SOP
- 國家標(biāo)準(zhǔn)照度參考表
- 簧片落料彎曲級進(jìn)模設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
- 管道單線圖符號說明
- 工業(yè)硅技術(shù)安全操作規(guī)程
- 消防工程項(xiàng)目樣板區(qū)、樣板間方案
- 小學(xué)美術(shù)三年級下冊第5課我們班級的標(biāo)志PPT課件
- 兒童社會工作案例及分析PPT學(xué)習(xí)教案
評論
0/150
提交評論