[发明专利]一种高临场感智能感知交互运动系统及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高临场感智能感知交互运动系统及实现方法，属于机器人应用及分布式虚拟现实等技术领域。

背景技术

中国专利“非行走型多维运动模拟健身马”(专利号：200610048379.9)是一种六自由度仿生机器马，上述专利采用3-2-1型的六自由度结构，其结构如下：底座上安装中间支架、右前支架和右后支架，中间支架上安装3个直线运动驱动支路，右前支架上安装2个直线运动驱动支路，右后支架上安装1个直线驱动支路。通过6个直线运动驱动支路的直线驱动，可实现模型的多维空间运动，可以真实的模拟马运动时马背的运动状态。

其中6个直线驱动支路上均安装Panasonic Minas A4系列AC伺服驱动器及适配电机。

与上述专利配套使用的控制系统“一种新型仿生机器马的控制系统设计”(于2008年9月20日发表于第19届中国过程控制会议论文集vol1.1211-1214)，所述控制系统采用美国NI公司的运动控制卡PCI-7356作为运动控制器，结合新型正交六自由度并联机构，根据LabVIEW简单易用的特点，设计出了控制方便、多功能的仿生机器马控制系统。

上述运动平台及控制系统虽然能够模拟马行走和奔跑的运动，参与者可以根据自身的需求，调整运动方式，达到健身的效果，但是上述运动平台没有建立对应的运动虚拟环境，没有进行运动平台的反馈控制。考虑到键身活动大多在室内进行，参与者没有身临其境的感受，缺乏锻炼的趣味性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中的缺点，而提供一种让参与者达到身临其境的感受，提高健身乐趣，达到保健效果的高临场感的智能感知交互运动系统及其实现方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

技术方案一：

本发明所述系统由运动平台子系统、虚拟现实子系统、投影显示子系统组成；所述运动平台子系统由N自由度并联运动平台、伺服电机驱动器、运动控制器、传感器组成，运动控制器的输出端接伺服电机驱动器的输入端，伺服电机驱动器的输出端接N自由度并联运动平台的输入端，所述传感器由速度传感器和方向传感器组成；

所述虚拟现实子系统由运动控制端计算机、网络服务端计算机、场景渲染端计算机组成，运动控制端计算机的输出端接所述运动控制器的输入端，所述运动控制端计算机的相应输入端接所述传感器的输出端，网络服务端计算机分别与运动控制端计算机和场景渲染端计算机双向连接；

所述投影显示子系统由边缘融合器、投影仪、音响设备、环幕组成；边缘融合器的输入端接所述场景渲染端计算机的输出端，边缘融合器三路输出分别接相应的投影仪的输入端，所述投影仪的输出投影至环幕上，场景渲染端计算机的音频输出端接相应的音响设备。

技术方案二：

本发明所述方法的技术方案如下：

(1)运动平台子系统的控制系统的实现方法：

所述运动平台子系统的控制系统是在图形化编程语言LabVIEW环境下辅以Motion运动控制模块开发的(Motion运动控制模块不是属于运动控制器部分的，它是LabVIEW这种软件工具中所提供的一部分。就像是word这种工具中提供画图模块一个道理。LabVIEW是一种常用的控制软件工具。)，采用层次化体系结构；

首先给出所述运动平台的运动轨迹，通过对真实的马在慢走、小跑、快跑三种状态下的运动进行图象或视频采集，再根据图像标定及特征点提取的轨迹得到三种典型的运动轨迹，再由上位机将所述三种典型的运动轨迹写入所述运动控制器的Butter缓存中，通过LabVIEW Notifier同步通信技术实现所述运动平台的运动控制及其时序同步，运用所述运动控制器的BreaKpoints高速捕获技术，实时监测各轴的给进，控制所述运动平台完成运动过程；

(2)虚拟现实子系统的控制部分的实现方法：

虚拟现实子系统的控制部分采用基于开源的图形渲染引擎构建，集成协同交互技术的包含运动控制端、网络服务端、场景渲染端的分布式架构：

网络服务端以网络引擎RAKNET为基础，定义基于XML的动态数据结构及各层次之间的通信协议，利用IDENTIFY作为互联标识，完成对于多运动控制端和多场景渲染端的对应信号传输，以实现通讯的实时性和准确性；网络服务端一方面接收运动控制端的控制信息送入互联标识相同的场景渲染端，另一方面将场景渲染端的实时信息反馈到运动控制端；