六自由度平台体感算法研究
发布时间:2017-05-21 15:21
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【摘要】:摘要:动感模拟器主要应用于人机工程研究、安全和交通规则教育、驾驶训练和商业娱乐等领域,其关键技术的研究越来越受到重视。作为动感模拟器的执行机构,Stewart六自由度平台被广泛地应用。动感模拟器除运动控制外的核心技术是体感算法,其中最经典的是洗出滤波(Washout Filter),本文研究工作主要围绕着体感算法展开。 本文首先对Stewart平台运动学进行分析,应用空间机构学原理确定Stewart平台的位置解算关系,建立了平台的数学模型。在此基础上,进一步研究了运动平台的速度、加速度与电动缸的关系,完成了平台的速度、加速度的运动学分析。运动模拟平台控制性能是模拟工作的保证,以上的Stewart平台数学建模和运动学分析为平台运动控制、体感算法仿真以及验证等做好准备工作。 体感算法利用平台运动特点及人体工程学原理,对输入直线加速度和角速度信号进行滤波处理,在有限工作空间内尽可能再现真实驾驶的运动感。由于本论文采用的Stewart平台工作空间相对较小,对最常见的小信号的直线加速度的模拟存在一定的人体感觉死区,这将影响模拟逼真度。针对这一问题,本文在经典洗出算法的基础上提出一种不影响运动空间且能提高体感模拟逼真度的改进算法,利用角加速度信号对直线加速度信号进行补偿,以实现对人体感觉死区的补偿。 最后,将该算法应用于原理样机。通过STM32开发板对MPU6050芯片进行操作,测量经典洗出算法改进前后平台加速度。实验结果表明改进后的经典洗出算法针对平动高通滤波器输出加速度低于人体感觉阈值的瞬时加速度有明显改善作用,提高了系统模拟的逼真度。
【关键词】:动感模拟 Stewart平台 洗出滤波 MPU6050
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TH703;TP391.9
【目录】:
- 致谢5-6
- 中文摘要6-7
- ABSTRACT7-10
- 1 绪论10-20
- 1.1 课题来源及研究目的和意义10-11
- 1.2 动感模拟器介绍11-16
- 1.2.1 动感模拟器的分类与应用11-12
- 1.2.2 动感模拟器的构成12-13
- 1.2.3 动感模拟器的发展过程13-16
- 1.3 六自由度平台介绍16-17
- 1.4 体感算法介绍17-18
- 1.5 本论文完成的主要工作18-20
- 2 六自由度平台20-34
- 2.1 六自由度平台结构特点20-22
- 2.1.1 六自由度平台类型20-21
- 2.1.2 并联机构自由度计算21-22
- 2.2 Stewart平台坐标系的建立22-23
- 2.3 Stewart平台工作空间向量23-24
- 2.4 Stewart平台位置分析24-27
- 2.4.1 姿态变换矩阵24-26
- 2.4.2 Stewart平台位置反解26-27
- 2.5 Stewart平台速度和加速度分析27-32
- 2.5.1 速度变换矩阵27-28
- 2.5.2 上平台速度和加速度分析28-29
- 2.5.3 电动缸速度和加速度分析29-31
- 2.5.4 电动缸速度和上平台速度分析31-32
- 2.6 本章小结32-34
- 3 体感模拟算法34-56
- 3.1 引言34
- 3.2 人体感知系统34-38
- 3.2.1 人体感知系统构成34-35
- 3.2.2 人体耳石模型35-38
- 3.3 体感模拟原理38-39
- 3.4 经典洗出算法总体结构39-49
- 3.4.1 信号缩比策略40-42
- 3.4.2 平台协调运动模式42-44
- 3.4.3 平台平动运动模式44-47
- 3.4.4 平台转动运动模式47-49
- 3.5 经典洗出算法参数的选择49-54
- 3.5.1 低通滤波器参数选择49-51
- 3.5.2 高通滤波器参数选择51-54
- 3.6 本章小结54-56
- 4 经典洗出算法仿真及改进56-68
- 4.1 仿真模型56-58
- 4.1.1 经典洗出算法仿真框图56-58
- 4.1.2 六自由度平台SimMechanics模型58
- 4.2 滤波器性能分析58-61
- 4.3 问题的提出61-63
- 4.4 经典洗出算法的改进63-66
- 4.4.1 经典洗出算法改进原理63-64
- 4.4.2 角加速度转换成角度的二次滤波64-65
- 4.4.3 改进后的经典洗出算法结构框图65
- 4.4.4 改进后的经典洗出算法仿真65-66
- 4.5 本章小结66-68
- 5 动感模拟器的实现68-80
- 5.1 引言68
- 5.2 试验系统硬件部分68-71
- 5.2.1 试验系统主要部件及参数68-69
- 5.2.2 试验系统控制说明69-70
- 5.2.3 平台加速度采集70-71
- 5.3 改进前后经典洗出算法试验验证71-77
- 5.3.1 "rFactor2"仿真模拟器输出数据71-72
- 5.3.2 经典洗出算法改进前后输出加速度信号对比72-77
- 5.4 经典洗出算法改进前后比较77-78
- 5.5 本章小结78-80
- 6 总结与展望80-82
- 参考文献82-86
- 作者简历86-90
- 学位论文数据集90
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 吴博,吴盛林,董彦良,袁立鹏;水陆坦克运动模拟洗出滤波算法设计[J];南京理工大学学报(自然科学版);2005年02期
本文关键词:六自由度平台体感算法研究,由笔耕文化传播整理发布。
本文编号:384055
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