并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置及其控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置及其控制方法，包括中心控制單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、通訊單元、差分與映射單元、運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元、PID控制單元、液晶顯示屏、專(zhuān)用控制手柄等組成，動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制方式包括手動(dòng)控制和上位機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃軟件控制兩種方式。控制裝置以一定的頻率接收來(lái)自專(zhuān)用控制手柄或上位機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃軟件的位姿參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行位置反解和速度反解運(yùn)算，求解出各條驅(qū)動(dòng)腿的長(zhǎng)度、速度等運(yùn)行參數(shù)，將求得的運(yùn)行參數(shù)送入PID控制單元，PID控制單元對(duì)每一條驅(qū)動(dòng)腿進(jìn)行位置、速度的PID控制，通過(guò)并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)合成，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的有效控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于動(dòng)感游戲裝備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制裝置以及基于專(zhuān)用游戲控制手柄或者上位機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃軟件的運(yùn)動(dòng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電腦游戲(如賽車(chē)游戲、飛行游戲等)，使用者通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)以及游戲操縱桿來(lái)控制電腦游戲的進(jìn)程，電腦游戲通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等在顯示屏幕上顯示模仿真實(shí)場(chǎng)景的畫(huà)面。隨著電腦游戲技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化，新的帶有模擬真實(shí)運(yùn)動(dòng)感覺(jué)功能的電腦游戲成為了電腦游戲今后的發(fā)展方向，這種新型的具有真實(shí)運(yùn)動(dòng)感覺(jué)的電腦游戲(簡(jiǎn)稱(chēng)為動(dòng)感游戲)需要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真功能的游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的支持。在動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)技術(shù)的支持下，游戲玩家可以進(jìn)入一個(gè)由計(jì)算機(jī)和動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)生成的交互式虛擬環(huán)境中。動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)技術(shù)在保持了傳統(tǒng)游戲?qū)崟r(shí)性和交互性的同時(shí)，大大增強(qiáng)了游戲環(huán)境的逼真度，為游戲玩家?guī)?lái)了視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和運(yùn)動(dòng)感覺(jué)全方位的娛樂(lè)體驗(yàn)感受。
[0003]現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)游戲控制手柄通常設(shè)置有兩個(gè)軸線相互垂直轉(zhuǎn)動(dòng)副，在每一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副上安裝有角度傳感器，通過(guò)角度傳感器向計(jì)算機(jī)傳遞手柄前后或左右偏轉(zhuǎn)角度，從而控制動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)前后或左右擺動(dòng)，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)振動(dòng)、上升和下降等動(dòng)作姿態(tài)的控制。顯然，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)游戲控制手柄存在著無(wú)法實(shí)現(xiàn)振動(dòng)、上升和下降等動(dòng)作姿態(tài)的控制等問(wèn)題，因此無(wú)法對(duì)本發(fā)明中的并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)所有自由度實(shí)施有效的操控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置，以便通過(guò)專(zhuān)用游戲控制手柄或運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃軟件對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行有效操控；
[0005]以及本發(fā)明還提供一種基于上述控制裝置的并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制方法。
[0006]考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的一個(gè)方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)
方案:
[0007]一種并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置，包括:
[0008]通訊單元；
[0009]計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)用于將規(guī)劃后的位姿參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)通過(guò)通訊單元輸入給
[0010]中心控制單元，該中心控制單元用于接收通訊單元輸入的參數(shù)，并將接收到的參數(shù)傳輸給
[0011]運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元，該運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元用于對(duì)接收到的參數(shù)進(jìn)行位置反解或速度反解，求解出動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各條驅(qū)動(dòng)腿的長(zhǎng)度、速度運(yùn)行參數(shù)，再將解得的運(yùn)行參數(shù)再送入
[0012]PID控制單元,該P(yáng)ID控制單元與動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接,通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元求解出的參數(shù)，對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)腿進(jìn)行位置、速度的PID控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。
[0013]為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步的技術(shù)方案是:
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)通訊單元傳輸給中心控制單元的位姿參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)包括側(cè)擺角度a 1、側(cè)擺角速度為，俯仰角度β 1、俯仰角速度/?，升降位移H1、升降速度4。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述側(cè)擺角度Ci1、側(cè)擺角速度么，俯仰角度、俯仰角速度為，升降位移H1、升降速度片1通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元得到動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3條驅(qū)
動(dòng)腿長(zhǎng)度矢量[I” ι2、ι3]τ和速度矢量[/p 4、4]T。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，包括:
[0017]專(zhuān)用控制手柄，該專(zhuān)用控制手柄的位姿參數(shù)的模擬量通過(guò)傳感器傳輸給
[0018]A/D轉(zhuǎn)換單元，該A/D轉(zhuǎn)換單元將接收的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸給
[0019]差分與映射單元，該差分與映射單元將接收到的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行差分運(yùn)算和映射變換；
[0020]中心控制單元，該中心控制單元用于接收差分與映射單元輸入的參數(shù)，并將接收到的參數(shù)傳輸給
[0021]運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元，該運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元用于對(duì)接收到的參數(shù)進(jìn)行位置反解或速度反解，求解出動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各條驅(qū)動(dòng)腿的長(zhǎng)度、速度等運(yùn)行參數(shù)，求得的運(yùn)行參數(shù)再送入
[0022]PID控制單元,該P(yáng)ID控制單元與動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接,通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元求解出的參數(shù)，對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)腿進(jìn)行位置、速度的PID控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述專(zhuān)用控制手柄的位姿參數(shù)包括該專(zhuān)用控制手柄的繞X軸的旋轉(zhuǎn)角度a ^，繞Y軸的旋轉(zhuǎn)角度β C1和沿Z軸移動(dòng)的距離tv
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述差分與映射單元對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)處理后得到側(cè)擺角
度α 2、側(cè)擺角速度《一，俯仰角度β 2、俯仰角速度A ]升降位移H2、升降速度//
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述側(cè)擺角度Ci2、側(cè)擺角速度:?2，俯仰角度β2、俯仰角速度，升降位移H2、升降速度好』通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元得到動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3條驅(qū)動(dòng)腿長(zhǎng)度矢量[I!、12、ι3]τ和速度矢量區(qū)、'h、hf。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述差分與映射單元的差分運(yùn)算是指某一參數(shù)兩次采樣值之間的差值除以采樣周期，從而求出該參數(shù)的一階微分，設(shè)第k次采樣側(cè)擺角度采
樣值為α k，第k+Ι次米樣側(cè)擺角度米樣值為a k+1，米樣周期為T(mén),則&*+1 = k+i ~ak)!T ；映射
變換是指將專(zhuān)用控制手柄位移量h通過(guò)一個(gè)固定的映射放大系數(shù)η，映射到動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中間從動(dòng)腿的位移量H，映射放大系數(shù)η定義為:n=Lp/Ls，其中，匕為專(zhuān)用控制手柄Z軸的行程范圍，Lp為動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中間從動(dòng)腿的行程范圍。[0027]本發(fā)明還可以是:
[0028]一種實(shí)現(xiàn)上述并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置的方法，包括:
[0029]計(jì)算機(jī)將規(guī)劃的位姿參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)通過(guò)通訊單元輸入給中心控制單元；
[0030]中心控制單元接收到輸入單元輸入的參數(shù)后，將接收到的參數(shù)傳輸給運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元；
[0031]運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元對(duì)接收到的參數(shù)進(jìn)行位置反解或速度反解運(yùn)算，求解出動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各條驅(qū)動(dòng)腿的長(zhǎng)度、速度等運(yùn)行參數(shù)，將求得的運(yùn)行參數(shù)送入PID控制單元；
[0032]PID控制單元與動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，并通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元求解出的參數(shù)，對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)腿進(jìn)行位置、速度的PID控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。
[0033]另一種實(shí)現(xiàn)上述并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置的方法，包括:
[0034]將專(zhuān)用控制手柄的位姿參數(shù)的模擬量通過(guò)傳感器傳輸給A/D轉(zhuǎn)換單元；
[0035]A/D轉(zhuǎn)換單元將接收的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸給差分與映射單元；
[0036]差分與映射單元將接收到的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行差分運(yùn)算求出其一階微分，并通過(guò)一個(gè)用于映射到動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的放大系數(shù)對(duì)中間從動(dòng)腿的位移量進(jìn)行放大；
[0037]中心控制單元接收到差分與映射單元輸入的參數(shù)后，將接收到的參數(shù)傳輸給運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元；
[0038]運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元對(duì)接收到的參數(shù)進(jìn)行位置反解或速度反解運(yùn)算，求解出動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各條驅(qū)動(dòng)腿的長(zhǎng)度、速度等運(yùn)行參數(shù)，將求得的運(yùn)行參數(shù)送入PID控制單元；
[0039]PID控制單元與動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，并通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元求解出的參數(shù)，對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)腿進(jìn)行位置、速度的PID控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。
[0040]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是:
[0041]本發(fā)明的并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置及其控制方法，控制裝置以一定的頻率接收來(lái)自專(zhuān)用控制手柄或上位機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃軟件的位姿參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行位置反解和速度反解運(yùn)算，求解出各條驅(qū)動(dòng)腿的長(zhǎng)度、速度等運(yùn)行參數(shù)，將求得的運(yùn)行參數(shù)送入PID控制單元,PID控制單元對(duì)每一條驅(qū)動(dòng)腿進(jìn)行位置、速度的PID控制,通過(guò)并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)合成，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的有效控制。當(dāng)控制系統(tǒng)接收到專(zhuān)用控制手柄或運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃軟件傳送來(lái)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)等信息時(shí)，通過(guò)采用本發(fā)明提出的動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，就可控制動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)指定的位姿和動(dòng)作。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042]為了更清楚的說(shuō)明本申請(qǐng)文件實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅是對(duì)本申請(qǐng)文件中一些實(shí)施例的參考，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，還可以根據(jù)這些附圖得到其它的附圖。
[0043]圖1為一種動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0044]圖2為一種專(zhuān)用控制手柄的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045]圖3為動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制原理示意圖。
[0046]圖4為動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及坐標(biāo)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0048]對(duì)于本發(fā)明涉及到的動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可以是現(xiàn)有的，其具體結(jié)構(gòu)也可以為以下所示的動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái):
[0049]如圖1所示，圖1為一種動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖，該動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為1PT+3TPS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由固定平臺(tái)6，動(dòng)平臺(tái)1，驅(qū)動(dòng)腿2、5、8，從動(dòng)腿7，萬(wàn)向鉸2-4，球鉸5-1，位移傳感器3、4、9，X軸角度傳感器10，Y軸角度傳感器11等組成。周?chē)龡l驅(qū)動(dòng)腿2、5、8與固定平臺(tái)6之間通過(guò)萬(wàn)向鉸相聯(lián)，周?chē)龡l驅(qū)動(dòng)腿2、5、8與動(dòng)平臺(tái)I之間通過(guò)球鉸相聯(lián)；中間從動(dòng)腿7 —端與固定平臺(tái)6的中心剛性固聯(lián)，另一端通過(guò)萬(wàn)向鉸與動(dòng)平臺(tái)I相聯(lián)，為了增加中間從動(dòng)腿7的剛度，在從動(dòng)腿7與固定平臺(tái)6聯(lián)接處設(shè)置了一從動(dòng)腿增強(qiáng)法蘭7-1，從動(dòng)腿增強(qiáng)法蘭7-1與從動(dòng)腿支座7-2連接，在周?chē)?qū)動(dòng)腿2中，采用絲杠-螺母副將電機(jī)2-3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)腿伸縮構(gòu)件2-1的直線運(yùn)動(dòng)，電機(jī)2-3與絲杠通過(guò)聯(lián)軸器2-2聯(lián)接，周?chē)?qū)動(dòng)腿5、8的結(jié)構(gòu)組成與周?chē)?qū)動(dòng)腿2相同，通過(guò)改變周?chē)龡l驅(qū)動(dòng)腿
2、5、8的伸縮量，可改變動(dòng)平臺(tái)的位置和姿態(tài)，讓用戶體驗(yàn)運(yùn)動(dòng)感覺(jué)的座椅與在動(dòng)平臺(tái)固聯(lián)在一起(座椅在圖1中沒(méi)有表示出來(lái))。
[0050]本發(fā)明中涉及到的游戲控制手柄為圖2所示專(zhuān)用控制手柄:
[0051]圖2為一種專(zhuān)用控制手柄的結(jié)構(gòu)示意圖，在申請(qǐng)?zhí)枮?01320448063.4的專(zhuān)利文獻(xiàn)中，公開(kāi)了一種動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)專(zhuān)用控制手柄，該專(zhuān)用控制手柄可用于本發(fā)明中并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的一種3自由度控制手柄。其組成包括手柄桿、X/Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)件、X/Y軸正反轉(zhuǎn)撥盤(pán)、X/Y軸彈簧、X/Y軸角度傳感器、滑動(dòng)導(dǎo)桿、上下彈簧、位移傳感器等。該專(zhuān)用控制手柄可以采集到控制手柄繞X軸的旋轉(zhuǎn)角度Qtl，繞Y軸的旋轉(zhuǎn)角度Ptl和沿Z軸移動(dòng)的距離h三個(gè)模擬量，采集到的手柄運(yùn)動(dòng)模擬量一方面通過(guò)模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換后傳輸給游戲手柄微控制芯片，并傳送給PC機(jī)終端，實(shí)現(xiàn)用戶與PC機(jī)終端游戲軟件的互動(dòng)；另一方面將采集的數(shù)據(jù)傳輸給動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)所有自由度運(yùn)動(dòng)的完全控制。該平臺(tái)專(zhuān)用控制手柄的具體結(jié)構(gòu)可以是:包括手柄、操縱桿、外殼和操作盒，手柄套裝在操縱桿上部，操縱盒為矩形體且安裝在錐形外殼中心上部，操縱桿穿過(guò)外殼設(shè)置在操縱盒中且從上至下依次設(shè)置有X向轉(zhuǎn)動(dòng)組件和Y向轉(zhuǎn)動(dòng)組件；在操縱盒的底部設(shè)置有Z向位移組件。動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)專(zhuān)用控制手柄X向轉(zhuǎn)動(dòng)組件包括轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、X向傳動(dòng)復(fù)位機(jī)構(gòu)和X向角度傳感器；轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在操縱桿下部的半圓凸球體、設(shè)置在操縱盒上蓋底部的半圓凹球體、設(shè)置在操縱桿底部端頭的球頭和設(shè)置在操縱盒底蓋內(nèi)側(cè)的弧形凹坑板；半圓凸球體和半圓凹球體相匹配且同軸，球頭伸入弧形凹坑板的凹坑中；x向傳動(dòng)復(fù)位機(jī)構(gòu)包括X向轉(zhuǎn)動(dòng)框、X銷(xiāo)軸、X正轉(zhuǎn)撥盤(pán)、X反轉(zhuǎn)撥盤(pán)、X復(fù)位彈簧和X安裝板，X向轉(zhuǎn)動(dòng)框套裝在操縱桿上且通過(guò)X銷(xiāo)軸相連接，X向轉(zhuǎn)動(dòng)框外側(cè)設(shè)置有轉(zhuǎn)軸，X正轉(zhuǎn)撥盤(pán)和X反轉(zhuǎn)撥盤(pán)固定在X向轉(zhuǎn)動(dòng)框外側(cè)轉(zhuǎn)軸上且在兩者之間安裝有X復(fù)位彈簧，X安裝板將X向轉(zhuǎn)動(dòng)框活動(dòng)安裝在操縱盒內(nèi)，X向角度傳感器安裝在X向轉(zhuǎn)動(dòng)框外側(cè)轉(zhuǎn)軸端頭。[0052]圖3為動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制原理示意圖。[0053]如圖3所示的一種并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置的一個(gè)實(shí)施例，包括控制手柄4、A/D轉(zhuǎn)換單元25、差分與映射單元26、中心控制單元22、運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元23和PID控制單元24 ;控制手柄4的位姿參數(shù)的模擬量通過(guò)傳感器傳輸給A/D轉(zhuǎn)換單元25，該A/D轉(zhuǎn)換單元25將接收的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸給差分與映射單元26，該差分與映射單元26將接收到的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行差分運(yùn)算求出其一階微分，并通過(guò)一個(gè)用于映射到動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3的放大系數(shù)對(duì)中間從動(dòng)腿的位移量進(jìn)行放大。中心控制單元22用于接收差分與映射單元26輸入的參數(shù)，并將接收到的參數(shù)傳輸給運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元23，該運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元23用于對(duì)接收到的參數(shù)進(jìn)行位置反解或速度反解運(yùn)算，求解出動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3各條驅(qū)動(dòng)腿的長(zhǎng)度、速度等運(yùn)行參數(shù)，將求得的運(yùn)行參數(shù)送入PID控制單元24 ；PID控制單元24與動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3連接,并通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元23求解出的參數(shù)，對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3的驅(qū)動(dòng)腿進(jìn)行位置、速度的PID控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3的位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。
[0054]所述專(zhuān)用控制手柄4的位姿參數(shù)包括該專(zhuān)用控制手柄的繞X軸的旋轉(zhuǎn)角度α 0,繞Y軸的旋轉(zhuǎn)角度β O和沿Z軸移動(dòng)的距離Iv
[0055]所述差分與映射單元26對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)處理后得到側(cè)擺角度Ci2、側(cè)擺角速度or俯仰角度β 2、俯仰角速度久，升降位移H2、升降速度。
[0056]所述側(cè)擺角度α2、側(cè)擺角速度?2，俯仰角度β2、俯仰角速度式，升降位移H2、升降速度"通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元23得到動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3的3條驅(qū)動(dòng)腿長(zhǎng)度矢量[Ip 12、I3]Τ和速度矢量[丨1、4、hf °
[0057]具體而言，本實(shí)施例中的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制器2可采用型號(hào)為T(mén)MS320LF2407的數(shù)字信號(hào)處理器，電機(jī)可采用型號(hào)為APM-SA01ACN的交流伺服電機(jī)，功率驅(qū)動(dòng)可采用型號(hào)為APD-VNOIN的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，角度傳感器型號(hào)可以為XYK-BMJ-38Z-V，位移傳感器型號(hào)可以為DA-75，液晶顯示屏5型號(hào)可以為FYD12864。
[0058]動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3參數(shù)可以如下:
[0059]固定平臺(tái)及動(dòng)平臺(tái)上直徑分別可以為R=500mm,r=150mm,初始狀態(tài)下，中心從動(dòng)腿初始長(zhǎng)度^=480臟,周邊三條腿等長(zhǎng),采樣周期為T(mén)=10ms。
[0060]首先專(zhuān)用控制手柄4中的傳感器檢測(cè)出三個(gè)模擬量，它們分別為繞X軸的旋轉(zhuǎn)角度a ^，繞Y軸的旋轉(zhuǎn)角度β ο和沿Z軸移動(dòng)的距離Iitl ;檢測(cè)值經(jīng)過(guò)Α/D轉(zhuǎn)換后傳輸給運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制器2。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制器2中的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元23對(duì)參數(shù)信號(hào)進(jìn)行位置反解運(yùn)算后得到通用運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3各條驅(qū)動(dòng)腿長(zhǎng)度運(yùn)行參數(shù)，并將這些參數(shù)送入PID控制單元24，完成對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3位置和姿態(tài)的控制。
[0061]位置反解算法如下:
[0062]如圖4所示，圖4為動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及坐標(biāo)示意圖，在固定平臺(tái)平面A1A2A3的中心處建立固定坐標(biāo)系O-XciYciZci,動(dòng)平臺(tái)平面B1B2B3的中心處建立動(dòng)坐標(biāo)系O1-X1Y1Zp動(dòng)坐標(biāo)系相對(duì)固定坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣為R = Rot (Y, β 0) Rot (X，α 0)，動(dòng)坐標(biāo)系相對(duì)于固定坐標(biāo)系的位移向量為P= [0，O, H0Jto[0063]固定平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)在固定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為-Ai = [aix, aiy, 0]T(i = I, 2，3)。
[0064]動(dòng)平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)在動(dòng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為辦=[bix, biy, 0]T(i = I, 2，3)。
[0065]動(dòng)平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)在固定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為:
【權(quán)利要求】
1.一種并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置，其特征在于，包括: 通訊單元； 計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)用于將規(guī)劃后的位姿參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)通過(guò)通訊單元輸入給 中心控制單元，該中心控制單元用于接收通訊單元輸入的參數(shù)，并將接收到的參數(shù)傳輸給運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元，該運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元用于對(duì)接收到的參數(shù)進(jìn)行位置反解或速度反解，求解出動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各條驅(qū)動(dòng)腿的長(zhǎng)度、速度運(yùn)行參數(shù)，再將解得的運(yùn)行參數(shù)再送入PID控制單元,該P(yáng)ID控制單元與動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接,通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元求解出的參數(shù)，對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)腿進(jìn)行位置、速度的PID控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)通訊單元傳輸給中心控制單元的位姿參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)包括側(cè)擺角度a 1、側(cè)擺角速度么，俯仰角度β 1、俯仰角速度A，升降位移H1、升降速度成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置，其特征在于，所述側(cè)擺角度q、側(cè)擺角速度名，俯仰角度P1、俯仰角速度^，升降位移H1、升降速度片1通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元得到動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3條驅(qū)動(dòng)腿長(zhǎng)度矢量[Ip 12、13]τ和速度矢量Uv k、hf。
4.一種并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置，其特征在于，包括: 專(zhuān)用控制手柄，該專(zhuān)用控制手`柄的位姿參數(shù)的模擬量通過(guò)傳感器傳輸給 A/D轉(zhuǎn)換單元，該A/D轉(zhuǎn)換單元將接收的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸給 差分與映射單元，該差分與映射單元將接收到的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行差分運(yùn)算和映射變換；中心控制單元，該中心控制單元用于接收差分與映射單元輸入的參數(shù)，并將接收到的參數(shù)傳輸給 運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元，該運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元用于對(duì)接收到的參數(shù)進(jìn)行位置反解或速度反解，求解出動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各條驅(qū)動(dòng)腿的長(zhǎng)度、速度等運(yùn)行參數(shù)，求得的運(yùn)行參數(shù)再送入PID控制單元,該P(yáng)ID控制單元與動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接,通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元求解出的參數(shù)，對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)腿進(jìn)行位置、速度的PID控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置，其特征在于，所述專(zhuān)用控制手柄的位姿參數(shù)包括該專(zhuān)用控制手柄的繞X軸的旋轉(zhuǎn)角度a ^，繞Y軸的旋轉(zhuǎn)角度β ο和沿Z軸移動(dòng)的距離Iv
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置，其特征在于，所述差分與映射單元對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)處理后得到側(cè)擺角度α2、側(cè)擺角速度?2，俯仰角度β2、俯仰角速度久，升降位移H2、升降速度片2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置，其特征在于，所述側(cè)擺角度α2、側(cè)擺角速度?2，俯仰角度β2、俯仰角速度夕升降位移112、升降速度丑2通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元得到動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3條驅(qū)動(dòng)腿長(zhǎng)度矢量[Ip 12、13]τ和速度矢量[i1, i2、i3]r。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7任意一項(xiàng)所述的并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制裝置，其特征在于，所述差分與映射單元的差分運(yùn)算是指某一參數(shù)兩次采樣值之間的差值除以采樣周期，從而求出該參數(shù)的一階微分，設(shè)第k次采樣側(cè)擺角度采樣值為a k，第k+1次采樣側(cè)擺角度采樣值為ak+1，采樣周期為Τ，則&映射變換是指將專(zhuān)用控制手柄位移量h通過(guò)一個(gè)固定的映射放大系數(shù)η，映射到動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中間從動(dòng)腿的位移量H，映射放大系數(shù)n定義為:n=Lp/Ls,其中，Ls為專(zhuān)用控制手柄z軸的行程范圍，Lp為動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中間從動(dòng)腿的行程范圍。
9.一種基于如權(quán)利要求1所述并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制裝置的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，包括: 計(jì)算機(jī)將規(guī)劃的位姿參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)通過(guò)所述通訊單元輸入給中心控制單元； 中心控制單元接收到輸入單元輸入的參數(shù)后，將接收到的參數(shù)傳輸給運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元; 運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元對(duì)接收到的參數(shù)進(jìn)行位置反解或速度反解運(yùn)算，求解出動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各條驅(qū)動(dòng)腿的長(zhǎng)度、速度等運(yùn)行參數(shù)，將求得的運(yùn)行參數(shù)送入PID控制單元； PID控制單元與動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接,并通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元求解出的參數(shù),對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)腿進(jìn)行位置、速度的PID控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。
10.一種基于如權(quán)利要求4所述并聯(lián)型動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制裝置的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，包括: 將專(zhuān)用控制手柄的位姿參數(shù)的模擬量通過(guò)傳感器傳輸給A/D轉(zhuǎn)換單元； A/D轉(zhuǎn)換單元將接收的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸給差分與映射單元; 差分與映射單元將接收到的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行差分運(yùn)算求出其一階微分，并通過(guò)一個(gè)用于映射到動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的放大系數(shù)對(duì)中間從動(dòng)腿的位移量進(jìn)行放大； 中心控制單元接收到差分與映射單元輸入的參數(shù)后，將接收到的參數(shù)傳輸給運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元； 運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元對(duì)接收到的參數(shù)進(jìn)行位置反解或速度反解運(yùn)算，求解出動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各條驅(qū)動(dòng)腿的長(zhǎng)度、速度等運(yùn)行參數(shù)，將求得的運(yùn)行參數(shù)送入PID控制單元； PID控制單元與動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接,并通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元求解出的參數(shù),對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)腿進(jìn)行位置、速度的PID控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感游戲運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。
【文檔編號(hào)】A63F13/426GK103505876SQ201310491822
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】范守文, 何欣駱, 呂剛, 謝睿, 張?chǎng)? 周連緒, 余思佳 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)