[發明專利]一種高臨場感智能感知交互運動系統及實現方法

無效

• 申請號: 200910073829.3
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN101510074A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 王洪瑞;劉秀玲;楊國杰;肖金壯
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: G05B19/02
• 分類號: G05B19/02;G06F3/01;A63G31/00;G03B29/00
• 代理公司: 石家莊匯科專利商標事務所
• 代理人: 王 琪

技術領域

本發明涉及一種高臨場感智能感知交互運動系統及實現方法，屬于機器人應用及分布式虛擬現實等技術領域。

背景技術

中國專利“非行走型多維運動模擬健身馬”(專利號：200610048379.9)是一種六自由度仿生機器馬，上述專利采用3-2-1型的六自由度結構，其結構如下：底座上安裝中間支架、右前支架和右后支架，中間支架上安裝3個直線運動驅動支路，右前支架上安裝2個直線運動驅動支路，右后支架上安裝1個直線驅動支路。通過6個直線運動驅動支路的直線驅動，可實現模型的多維空間運動，可以真實的模擬馬運動時馬背的運動狀態。

其中6個直線驅動支路上均安裝Panasonic?Minas?A4系列AC伺服驅動器及適配電機。

與上述專利配套使用的控制系統“一種新型仿生機器馬的控制系統設計”(于2008年9月20日發表于第19屆中國過程控制會議論文集vol1.1211-1214)，所述控制系統采用美國NI公司的運動控制卡PCI-7356作為運動控制器，結合新型正交六自由度并聯機構，根據LabVIEW簡單易用的特點，設計出了控制方便、多功能的仿生機器馬控制系統。

上述運動平臺及控制系統雖然能夠模擬馬行走和奔跑的運動，參與者可以根據自身的需求，調整運動方式，達到健身的效果，但是上述運動平臺沒有建立對應的運動虛擬環境，沒有進行運動平臺的反饋控制。考慮到鍵身活動大多在室內進行，參與者沒有身臨其境的感受，缺乏鍛煉的趣味性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術中的缺點，而提供一種讓參與者達到身臨其境的感受，提高健身樂趣，達到保健效果的高臨場感的智能感知交互運動系統及其實現方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：

技術方案一：

本發明所述系統由運動平臺子系統、虛擬現實子系統、投影顯示子系統組成；所述運動平臺子系統由N自由度并聯運動平臺、伺服電機驅動器、運動控制器、傳感器組成，運動控制器的輸出端接伺服電機驅動器的輸入端，伺服電機驅動器的輸出端接N自由度并聯運動平臺的輸入端，所述傳感器由速度傳感器和方向傳感器組成；

所述虛擬現實子系統由運動控制端計算機、網絡服務端計算機、場景渲染端計算機組成，運動控制端計算機的輸出端接所述運動控制器的輸入端，所述運動控制端計算機的相應輸入端接所述傳感器的輸出端，網絡服務端計算機分別與運動控制端計算機和場景渲染端計算機雙向連接；

所述投影顯示子系統由邊緣融合器、投影儀、音響設備、環幕組成；邊緣融合器的輸入端接所述場景渲染端計算機的輸出端，邊緣融合器三路輸出分別接相應的投影儀的輸入端，所述投影儀的輸出投影至環幕上，場景渲染端計算機的音頻輸出端接相應的音響設備。

技術方案二：

本發明所述方法的技術方案如下：

(1)運動平臺子系統的控制系統的實現方法：

所述運動平臺子系統的控制系統是在圖形化編程語言LabVIEW環境下輔以Motion運動控制模塊開發的(Motion運動控制模塊不是屬于運動控制器部分的，它是LabVIEW這種軟件工具中所提供的一部分。就像是word這種工具中提供畫圖模塊一個道理。LabVIEW是一種常用的控制軟件工具。)，采用層次化體系結構；

首先給出所述運動平臺的運動軌跡，通過對真實的馬在慢走、小跑、快跑三種狀態下的運動進行圖象或視頻采集，再根據圖像標定及特征點提取的軌跡得到三種典型的運動軌跡，再由上位機將所述三種典型的運動軌跡寫入所述運動控制器的Butter緩存中，通過LabVIEW?Notifier同步通信技術實現所述運動平臺的運動控制及其時序同步，運用所述運動控制器的BreaKpoints高速捕獲技術，實時監測各軸的給進，控制所述運動平臺完成運動過程；

(2)虛擬現實子系統的控制部分的實現方法：

虛擬現實子系統的控制部分采用基于開源的圖形渲染引擎構建，集成協同交互技術的包含運動控制端、網絡服務端、場景渲染端的分布式架構：

網絡服務端以網絡引擎RAKNET為基礎，定義基于XML的動態數據結構及各層次之間的通信協議，利用IDENTIFY作為互聯標識，完成對于多運動控制端和多場景渲染端的對應信號傳輸，以實現通訊的實時性和準確性；網絡服務端一方面接收運動控制端的控制信息送入互聯標識相同的場景渲染端，另一方面將場景渲染端的實時信息反饋到運動控制端；