【正文】 這個空間可以定為16cm*l2cm*12cm； 2)在中型的力反饋設(shè)備中，要使小臂自由運動而無阻礙，一般需要80cm*50cm*80cm的空間； 3)一般來說，人的臂長為60—70cm。同理，設(shè)備要有半徑70cm的半球自由運動空間。2．機械結(jié)構(gòu)的確定 機械結(jié)構(gòu)的確定主要從重力方面考慮，即減小電機所需平衡的重力。這樣在選擇電機的時候，可以選用功率比較小的電機，從而減小設(shè)備的體積和價格。另外，重力的平衡還有利于減小摩擦力、慣性等。根據(jù)以上的要求，比較理想的機械結(jié)構(gòu)有兩種：直角坐標式和水平多關(guān)節(jié)式。這兩種形式的機械結(jié)構(gòu)都不需要平衡水平方向上的機械部件的重力。這兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點，他們的主要性能的比較如表1。這兩種機械結(jié)構(gòu)都可以應(yīng)用在力反饋設(shè)備中，可以根據(jù)實際情況選用其中一種。直角坐標式結(jié)構(gòu)比較固定，而水平多關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)可以有多種選擇。在設(shè)計中采用了如圖2所示的一種水平多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。設(shè)備的前兩臂構(gòu)成運動空間的水平平面（X，Y軸），第三臂平行機構(gòu)實現(xiàn)Z軸方向上的運動。在垂直方向的運動控制采用平行結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。圖2 一種水平多關(guān)節(jié)式機械結(jié)構(gòu)3．傳感器的選用 傳感器是機械結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵組成部分。在控制過程中需要測量位置和力兩組參數(shù)，這兩組參數(shù)的測量情況將直接關(guān)系到控制效果。實際上虛擬環(huán)境對這兩個參數(shù)精度的要求并不高，選擇傳感器的時候主要考慮為控制器留出比較大的控制余量，這有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和改善控制效果。例如要求設(shè)備的位置精度為0．5mm，根據(jù)經(jīng)驗估算，設(shè)備的分辨率最好小于0．1mm。 位置傳感器的選擇比較多，其中比較常用的是兩種編碼器：電磁編碼器和光學編碼器。而力傳感器的選擇和安裝則比較困難，這是由于被測量的力比較小、設(shè)備的尺寸比較小而材料硬度比較高，這些都給力傳搏器的設(shè)計帶來困難。解決這個問題有兩種方案。一種方案是在設(shè)備的末端添加一個三維的傳感器。這種方法比較方便，但是價格高，而且需要電機平衡其重量，增加了電機的負擔。另外一種方案是把傳感器安裝在機械設(shè)備上，例如把電阻應(yīng)變片貼在機械設(shè)備上組成電壓橋，通過測量電路讀出應(yīng)變量從而計算出力的大小。這種方案對原機械設(shè)備影響小，但是需要解決不同方向的力在應(yīng)變片上的耦合問題。下面主要討論第二種方案。圖3 設(shè)備中的平衡機構(gòu)水平平面的二維力的測量比較容易。如圖3的平衡機構(gòu)，只需在設(shè)備的筆狀末端的根部貼上兩組力應(yīng)變片橋就可以測量出水平力。而且只要電阻應(yīng)變片貼得對稱，基本上沒有力的耦合。在水平方向上，機械結(jié)構(gòu)的應(yīng)變率(1)由于受到電阻式應(yīng)變片的靈敏度限制，一般來說要求被測桿件的應(yīng)變率大于0．001。在圖2這個設(shè)備中。通過調(diào)整桿件的寬度和長度，這是很容易達到的。桿件的應(yīng)變(2)(3)其中：l為泊松比，根據(jù)不同材料取不同的值，一般可取0．3估算，最后通過實驗整定。在垂直方向上，桿件受到垂直方向拉伸的力，應(yīng)變率(4)(5) 其中9為桿件末端受到的力； S為桿件的截面積。由于桿件的硬度和水平力傳感器的安裝要求，垂直方向上的力傳感應(yīng)變率很小，不能直接貼片?？梢园蚜?yīng)變片安裝在平行機構(gòu)上。這樣力的測量與平行機構(gòu)的角度，即桿件的垂直高度有關(guān)。在計算的過程中，把垂直方向的力分解為平行于平行機構(gòu)和垂直于平行機構(gòu)的兩個力。由4)式可知，平行于平行機構(gòu)的力所引起的機構(gòu)形變非常小，相對于垂直于平行機構(gòu)的力來說可以忽略不計，垂直力可以由(2)式直接計算。以圖2為機械結(jié)構(gòu)的設(shè)備能達到三個自由度的位置測量和力反饋。如果在設(shè)備第三臂的末端添加姿態(tài)傳感器，那么就能增加設(shè)備位置傳感的自由度。實際上在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，這是很容易做到的。4. 材料的選擇設(shè)備的設(shè)計要求材料的硬度比較高，但又要求重量比較小。實際上在材料選擇方面，這兩項要求是矛盾的，所以只能在這兩項要求上折衷。結(jié)合以上的討論，作者認為比較合適的材料是鋁合金。5. 電機的安裝位置在水平多關(guān)節(jié)式機械結(jié)構(gòu)中，電機的安裝有兩種方案，一種是安裝在軸上，直接驅(qū)動機械臂；另一種是把電機安裝在基座上，通過一定的傳動裝置驅(qū)動機械臂。電機安裝在軸上有利于驅(qū)動，但臂的慣性增大；電機安裝在基座上能減小慣性，但由于傳動裝置的損耗，驅(qū)動力矩減小，同時設(shè)備的響應(yīng)速度也減小了。選用哪一種方案可根據(jù)設(shè)備所應(yīng)用的環(huán)境要求決定。虛擬現(xiàn)實中的觸覺模擬效果與設(shè)備的結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。人的觸覺對動態(tài)物體的感覺比視覺靈敏，這要求設(shè)備要有比視覺高得多的侍服頻率。另外由于設(shè)備所模擬的反饋力比較小，與機械結(jié)構(gòu)本身的重力、摩擦力相比，差別不是很大，這對結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出更高的要求。特別是比較簡單的摩擦力和紋理的模擬，其效果與機械結(jié)構(gòu)和控制算法的選擇有很大的關(guān)系。 在機械結(jié)構(gòu)的選擇上，垂直方向運動時所要平衡的機械結(jié)構(gòu)本身的重力是不可避免的，所能做的就是盡量減小它。另外這個問題也會引起用戶在水平方向運動和在垂直方向運動時感覺的不一致。這需要良好的控制算法去彌補。在完成小型力反饋設(shè)備后，作者將繼續(xù)研究中型的力反饋設(shè)備。隨著虛擬空間的擴大，虛擬環(huán)境對設(shè)備的輸出力矩和跟隨速度也有了更高的要求，這是在下一步設(shè)計中所要解決的。六． 虛擬現(xiàn)實項目策劃上述的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品實施方案，如果要直接投入開發(fā)研制，需要較大的人力和資金，運作起來有一定的風險。為了盡快啟動虛擬現(xiàn)實的遠大計劃，同時避免冒太大的風險，逐步開發(fā)國內(nèi)的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品市場，我們設(shè)計了一系列較為可行的與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相關(guān)的項目，以便由簡到難地實施我們的方案，盡快實現(xiàn)盈利，以短養(yǎng)長。1．世界風景主題餐廳計劃要點：世界風景主題餐廳是一種全新的集餐飲、娛樂、虛擬旅游于一體的現(xiàn)代主題餐廳。它運用了目前最新的虛擬現(xiàn)實概念、寬帶網(wǎng)技術(shù)和投影技術(shù)?？梢宰龅阶層^眾在品嘗美味佳肴的同時，欣賞世界各國風光，體驗異國風情，通過虛擬現(xiàn)實設(shè)備，與當?shù)氐娜嗣窠涣?，仿佛置身于世界名勝美景之中。主要賣點：主題餐廳，體驗經(jīng)濟的發(fā)展方向，集高科技與傳統(tǒng)經(jīng)濟于一堂，集餐飲、娛樂、休閑、虛擬旅游于一體。廣告主題：“讓人人都能周游世界” “到世界風光主題餐廳，享受環(huán)球美景”（一） 項目背景隨著全球性的產(chǎn)品過剩，世界經(jīng)濟正在從工業(yè)經(jīng)濟向服務(wù)經(jīng)濟和體驗經(jīng)濟過渡，休閑、旅游等體驗經(jīng)濟正在從原來的附屬產(chǎn)業(yè)向支柱產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。工作時間的縮短，使人們有更多的機會用于休閑和旅游。而“體驗經(jīng)濟”在歐美發(fā)達國家已初現(xiàn)端倪，并越來越多地成為媒體和網(wǎng)絡(luò)上的熱門話題?！爸黝}餐廳”正是近幾年在美國出現(xiàn)的新型體驗經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)之一，短短幾年時間，就已經(jīng)發(fā)展成具有幾十億美元的大產(chǎn)業(yè)。發(fā)展之迅猛，令人嘡目。在國內(nèi)，上海、北京等大城市從2000年開始出現(xiàn)以“主題餐廳”為招牌的酒家，生意都非?；鸨?。不需要作廣告就人滿為患了。可見“主題餐廳”的市場前景，發(fā)展空間無法估量。廣州，素來以美食著稱。廣州人對吃比較講究，也經(jīng)常在餐廳會客接友。近幾年來，人們生活逐漸富裕，周末和節(jié)假日一家?guī)卓谝黄鹕喜蛷d改善一下口味，是常有的事?，F(xiàn)在吃飯不僅僅是生理的需要，也是一種休閑?！俺浴闭饾u演變成一種文化消費。在保證“色、香、味”的基礎(chǔ)上，人們越來越關(guān)注用餐環(huán)境的文化性與個性化。而“主題餐廳”則注重營造就餐的氛圍，表現(xiàn)一定的文化內(nèi)涵。在一個具有異國風情的環(huán)境里，既有吃又能游覽他鄉(xiāng)的風土、人情和文化，這無疑滿足了人們“吃出文化、吃出個性、吃出品位”的需要。 “主題餐廳”的各種新奇另類的“主題”，將成為最大的賣點。“世界風光主題餐廳”在享受美食的同時，還能體驗到游覽世界各國的風光和美景。相信更是人們樂意接受的好事。（二） 主題餐廳的特色及服務(wù)功能顧名思義，“世界風光主題餐廳”是以世界各國的風景名勝為主題的餐廳。設(shè)有一個主大廳和多個以世界各國著名旅游勝地命名的高檔主題包間。其大廳和每個包間內(nèi)墻，都至少有2面墻是整體的銀幕。用投影機打出風景片，客戶進入包間內(nèi)就有身臨其境的感覺。每一個包件都可以設(shè)計一個獨特的主題。1）世界名勝主題：吃出身臨其境 以世界各國的風景名勝和風土人情及原始森林動植物等為主題的專題投影是餐廳最大的賣點。從巴黎的塞納河風光、美麗的西班牙海灘、神秘的復(fù)活節(jié)島到印尼早哇熱帶雨林、非洲的原始叢林，應(yīng)有盡有。叢叢的灌木、奇花異草點綴在一派蔥綠之中，還不時地看到大象、大猩猩、鸚鵡、樹蛙等熱帶雨林動物，并聽到它們發(fā)出聲音。立體投影音像等科技效果，顯得栩栩如生。這種超現(xiàn)實的感覺所帶來的嶄新用餐體驗，正是世界風光主題餐廳獨到的“體驗環(huán)球美景”的理念。2）品牌主題：讓吃的記憶延伸 餐廳附帶一個購物場，均是以“世界名勝”為主題和標志的時尚商品，如旅游紀念品、小食品、服裝、文具、玩具等，而這些商品只有在世界風光餐廳的各連鎖店才能買到。用餐后買一些紀念品，使一次消費賦予了難忘的記憶，餐廳的品牌得以延伸。3）時尚主題：環(huán)保以情動人 餐廳另外一大經(jīng)營特色是竭力倡導(dǎo)環(huán)保。進入餐廳，中央一處遮天蔽日的茂密森林里，一株古老的“翠絲”樹更像一位慈善的老祖母，用中、英文向人們呼喚環(huán)保。保護環(huán)境、保護野生動物的社會公益活動。4）創(chuàng)新主題：挖掘各國美食組合不斷挖掘創(chuàng)新世界各國的“美食文化”是“世界風景”經(jīng)營上的又一大特點?！皝啲斶d火焰串燒”神秘的原始氣息來自南美洲茂密的原始森林，隱居在印第安人部落的主廚在當?shù)赝林募で樯钪邪l(fā)現(xiàn)了原始，也頗具吸引力的燒烤秘密，一個充滿濃郁印第安土著風情的原始烤架，掛滿鮮嫩欲滴的誘人美食，大串雞翅、大串的大蝦、牛肉、鮮魚、牛蛙……并用專制絢麗的火焰進行現(xiàn)場燒烤，只要幾十元/人，還有無限量蔬菜沙拉、例湯和面包。在感嘆世界萬種風情和富有娛樂刺激氛圍的同時，也讓人浮想聯(lián)翩。2．遙控虛擬飛行旅游系統(tǒng)計劃要點：自由飛行是每一個人的夢想，但現(xiàn)實中，真實的飛行，由于技術(shù)、成本和危險性等因素，目前還不是平民大眾能夠接受的，而虛擬飛行旅游系統(tǒng)則消除了真實飛行的這些不利因素，能夠讓廣大民眾享受到自己駕駛飛行器在藍天白云中自由翱翔的樂趣。主要買點：體驗親自駕駛飛行的自由感覺，在海天之間翱翔、在白云之中慢步、與山鷹為伍、與大雁結(jié)隊。實現(xiàn)童年的夢想。廣告主題：“自由飛行的體驗?zāi)袉?？（一）項目背景美國《時代》雜志稱，2015年前后發(fā)達國家將進入休閑娛樂時代，“休閑娛樂在美國國民生產(chǎn)總值中將占有一半份額”，《時代》稱，新技術(shù)的發(fā)展趨勢將使數(shù)字娛樂超越傳統(tǒng)娛樂方式。以電影業(yè)聞名全球的美國娛樂界中，第一大行業(yè)其實是數(shù)字娛樂業(yè)，2000年全球數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)已經(jīng)超過了電影，電子電腦游戲?qū)⑹?1世紀最重要的娛樂產(chǎn)業(yè)組成。最新發(fā)生的事實只能說明一件事，數(shù)字娛樂時代的大門正在打開。在我們身邊，日本經(jīng)濟的五分之一已經(jīng)由數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造，韓國數(shù)字娛樂業(yè)增長率高達40％，成為最具贏利前景的一個產(chǎn)業(yè)。為什么我們要關(guān)注數(shù)字娛樂業(yè)？因為它可能是一種全新的經(jīng)濟形態(tài)。過去我們講工業(yè)經(jīng)濟、服務(wù)經(jīng)濟，但在描述數(shù)字娛樂時美國學者提出“數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)推動著體驗經(jīng)濟時代的到來”。所謂體驗經(jīng)濟，就是企業(yè)以服務(wù)為舞臺、商品為道具、圍繞消費者創(chuàng)造出值得其回憶的活動。最簡單的例子是主題購物中心、主題餐廳等。傳統(tǒng)經(jīng)濟中這些只是配角，而在數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)中，互動游戲、動態(tài)模擬、虛擬現(xiàn)實等科技體驗主宰了產(chǎn)業(yè)的命脈。為什么玩虛擬現(xiàn)實？它能帶給我們什么？究其原因，一位玩家說的話頗具代表性：“虛擬現(xiàn)實的主要目的是想體驗現(xiàn)實中存在的事而自己又不可能做到的事，它能帶給我與現(xiàn)實最為接近的真實感受?！蹦M游戲的發(fā)展很快，模擬的各種事物也日益增多。從其發(fā)展的歷史來看，其擬真度正在發(fā)生著質(zhì)的飛躍，這從微軟各個時期的飛行模擬游戲便能看出，而這只是較有代表性的模擬游戲中的一種。游戲擬真度的提高從某方面來講是出于人們的心理需要，人的一生中能夠接觸到的事情、學到的技能畢竟還在少數(shù)，而人們往往有對于未知世界探知的欲望和好奇心。模擬游戲正好彌補了人們心中這種空白，滿足了人們的好奇心和虛榮心。而游戲擬真度越高，人們對真實事物的感知就越深刻、心理上的滿足感就越強，從這方面來講，擬真游戲可以讓你體驗不同的人生經(jīng)歷和了解到自己想學而難以學到的技術(shù)、經(jīng)驗。自由飛行是人類永恒的夢想，虛擬現(xiàn)實技術(shù)要取得市場的突破口，從虛擬飛行入手是最為合適的。因為它只要把頭盔顯示器、力反饋裝置與傳統(tǒng)的遙控飛行器組合起來就可以了。從技術(shù)上講，難度不太大，比較容易實現(xiàn)；另一方面，又是最具有吸引力、爆炸力的新聞買點，市場推廣比較容易。明年年底（2003年12月）就是萊特兄弟發(fā)明飛機的百年誕辰。這是一個具有歷史意義的時機，屆時美國、澳大利亞、歐洲等國都將舉行盛大的紀念活動。可以借助這一有力時機在國內(nèi)舉行一些活動，廣泛宣傳自由飛行的意義和價值，把我們的產(chǎn)品推向市場。（二）遙控虛擬飛行系統(tǒng)的組成本系統(tǒng)由以下部件組成：1） 遙控直升飛行器；2） 方位自動控制（遙控）攝像系統(tǒng)；3） 無線通信系統(tǒng)；4） 頭盔顯示器；5）統(tǒng)軟件等。遙控直升飛行器，可以用傳統(tǒng)的直升機改裝，但傳統(tǒng)的直升機成本較高，而且操作技術(shù)較為復(fù)雜。因此，我們設(shè)計了一種較簡單的、低成本的而且容易操作的共軸雙旋翼直升機。直升機成本可控制在1500元人民幣左右。在遙控直升機上加掛的視頻傳輸設(shè)備，一個傳輸距離在1000米左右的發(fā)射機。這一套設(shè)備發(fā)射部分大約430克，5V供電的CCD彩色針孔攝像頭，10節(jié)AAA規(guī)格的700mAh鎳氫電池組，電源開關(guān)和充電口，大約在300克多一點。 至于接收部分就沒什么麻煩了，接收機12V供電，有視頻和音頻輸出，將接收機擺放在車頂上，接上12V電源和一部DV攝像機。Futaba四通道遙控器搭載重量：約830g攝像設(shè)備：彩色針孔攝像機傳輸設(shè)備:\接收機發(fā)射功率:500mW電源:700mAh鎳氫AAA充電電池20節(jié)(共發(fā)射機) (共接收機)圖像記錄設(shè)備:DV攝像機，復(fù)合視頻信號輸入工作時間：約30分鐘有效傳輸距離：1000m如果需要獲得較好的視頻效果，建議選配當此稍高一些的攝像頭，以及700mW的發(fā)射機，不過工作電流會更大，需要更大的電池組，可能需要重新考慮整體重量問題。配上一副頭盔顯示器（或三D目鏡），就能感受