【正文】 足夠大但又不能太大的孔，并用膠把放大系統(tǒng)固定在這兩個孔內(nèi)?？梢岳煤猩w和液晶屏背部之間的隔圈(spacer)來調(diào)節(jié)光學系統(tǒng)和液晶屏之間的間隔。把這個顯示盒固定在塑料框的前部，并如前所述，與棒球頭盔相連。通常，這種電視機通過天線來接收信號，整個單元有一個獨立的插孔，允許用一個分離效果更好的天線作接收器。（二）數(shù)據(jù)手套的設(shè)計方案數(shù)據(jù)手套(Data glove)作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的一種重要輸入設(shè)備，一直受到極大關(guān)注，國外先后已有許多產(chǎn)品出現(xiàn)，如VPL公司的Data glove、Mattel公司的Power glove以及Exos手控器等。我們在研制面向靈巧手遙操作的3指5自由度簡易手套基礎(chǔ)上，利用機械連桿機構(gòu)運動確定性的原理來檢測手指關(guān)節(jié)運動狀態(tài)，設(shè)計研制了一種新型機械電子式的5指11自由度的數(shù)據(jù)手套，該數(shù)據(jù)手套具有良好的適應(yīng)性和可靠性，而且成本低、精度較高，可以廣泛地應(yīng)用于虛擬制造和裝配等方面。每個手指(Ⅱ—V)有4自由度，其中手指基部(MP)有2自由度。大拇指有5自由度。 圖1　手的模型及其關(guān)節(jié) 圖2　定義關(guān)節(jié)局部坐標系手指關(guān)節(jié)的運動約束主要是為了避免出現(xiàn)不切實際的動作。即Ⅱ—V手指除MP關(guān)節(jié)外，其他關(guān)節(jié)(PIP和DIP)只有同一方向上的彎曲及伸展運動，而MP關(guān)節(jié)可能有彎曲、外展或內(nèi)收運動。③MP的彎曲約束。彎曲范圍，食指(Ⅱ)的略小，按Ⅲ—V的順序，關(guān)節(jié)范圍依次有少量的增加。即手指的內(nèi)收和外展是以中指(Ⅲ)的MP指骨作為參考軸來進行的。它的測量機制直接影響了數(shù)據(jù)手套的性能。②傳感介質(zhì)在任何部位的變形都會累積為關(guān)節(jié)運動。同時，為了使數(shù)據(jù)手套的操作符合人的習慣，希望關(guān)節(jié)之間運動解耦且傳感信息與手指關(guān)節(jié)運動成線性關(guān)系。3．檢測原理　　依據(jù)手的模型的討論，我們認為巧妙的機構(gòu)設(shè)計可以極大地簡化傳感器和檢測算法，作為手控制裝置的理想數(shù)據(jù)手套應(yīng)具有以下特點：①各關(guān)節(jié)之間的運動是解耦的。BHG—Ⅱ采用機械連桿檢測手指關(guān)節(jié)運動，其中包括檢測單自由度的平面四桿機構(gòu)和檢測2自由度的空間六桿機構(gòu)。顯然，該機構(gòu)只有1自由度，是平面四桿機構(gòu)。θγ1γ2　　　　　　(1)式中　β——關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角θ——計算用變量，隨關(guān)節(jié)角變化γ1，γ2——計算用量，戴用手套時確定，運動過程中保持不變對于控制算法，通常采用增量對虛擬手進行驅(qū)動，于是可得到如下增量式可見，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角Δβ與測量角的增量Δα之間具有嚴格的函數(shù)關(guān)系，適用于測量手指關(guān)節(jié)的相對轉(zhuǎn)角。在采樣頻率較高時，Δα很小，電位計轉(zhuǎn)角Δα與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角Δβ之間可視為線性關(guān)系，Δβ與Δα的這種線性關(guān)系為檢測帶來了很大的好處：操作者對自己動作的結(jié)果有直觀的印象，符合人的習慣；使數(shù)據(jù)手套操作簡單；簡化了傳感器結(jié)構(gòu)；簡化了檢測算法。 2）自由度機構(gòu)檢測原理分析　　檢測2自由度的空間六桿機構(gòu)裝在指根處(MP關(guān)節(jié))，機構(gòu)簡圖見圖4。該機構(gòu)以掌肢骨為機架，以指肢骨為原動件。設(shè)計使一個電位計位于手背關(guān)節(jié)后(G點)，檢測手指的擺動，檢測分析如下(參見圖5)。設(shè)當關(guān)節(jié)角度為β、電位計轉(zhuǎn)角為α時，若關(guān)節(jié)有微小轉(zhuǎn)動Δβ，電位計因此得到微小轉(zhuǎn)動Δα。另一個電位計位于該關(guān)節(jié)上方，檢測關(guān)節(jié)的彎曲，檢測原理與單關(guān)節(jié)檢測原理相同。盡管如此，由于這兩個傳感器檢測的關(guān)節(jié)運動正交，我們還是可以將耦合的運動人為地分配給對應(yīng)關(guān)節(jié)，使之在符合人習慣的同時不造成過大的誤差。本系統(tǒng)采用中斷工作方式，采集頻率設(shè)定為100Hz。由于關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的輸入與信號的輸出存在近似線性的映射關(guān)系，所以可以用簡化的線性插值代替復雜的數(shù)據(jù)處理工作，即 (3)標定是數(shù)據(jù)手套的初始化，確定數(shù)據(jù)手套的邊界條件［6］。若采用簡化的線性標定，即確定式(3)中的Umax、Umin。這樣分別做3次，可減小標定誤差?！　榱耸故植康臄?shù)據(jù)信息可視化，我們在Visual C++平臺利用OpenGL (Open graphic library)開發(fā)了相應(yīng)的圖形仿真軟件，建立手的實體模型。該仿真軟件包括A/D檢測模塊、標定模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和圖形顯示模塊等，提供一個虛擬的操作環(huán)境。所以借助于數(shù)據(jù)手套，可增加與虛擬世界復雜數(shù)據(jù)交互作用的真實感，使人機交流更加自然、有效。平均漂移為某手指漂移值的均方差。數(shù)據(jù)為實時采集到的電位計電壓信號。BHG—Ⅱ%，發(fā)生在Ⅲ指的MPW(彎曲)關(guān)節(jié)。由試驗數(shù)據(jù)，計算各列差值并假設(shè)手指運動范圍為20176。當A/，176。176。～176。這在機器人遙操作或虛擬設(shè)計及裝配等方面應(yīng)用中，是滿足精度要求的。（三）力反饋裝置的實現(xiàn)方案關(guān)于觸覺和力反饋設(shè)備的研究還不多見，特別是國內(nèi)，基本上還處于空白。一般說來，只有增加力的反饋，實現(xiàn)了觸覺的模擬，人機交互才能更加真實、自然。這類產(chǎn)品除了價格昂貴之外，獲取技術(shù)支持也很困難。我們的目標是在觸覺模擬外部設(shè)備的研究開發(fā)上作一些嘗試，為以后進一步的研究提供資料。嵌入式控制器驅(qū)動機械設(shè)備，同時測量位置、力等參數(shù)。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)計算出反饋力，將反饋力矢量下傳至嵌入式系統(tǒng)，由嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)該矢量力。圖1 虛擬現(xiàn)實力反饋設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖由于人的觸覺對動態(tài)物體的感覺比視覺靈敏，這要求設(shè)備要有比視覺高很多的侍服頻率。這要求第一級控制器對碰撞檢測和反饋力的計算要迅速、和第二級控制器之間的通訊要有一定的帶寬。 在這種情況下，用戶在設(shè)備所設(shè)定的自由移動空間內(nèi)移動必須感覺自由，即設(shè)備不給用戶施加額外的力，用戶感覺不到設(shè)備的存在。 可以根據(jù)人感覺的靈敏度來設(shè)計設(shè)備的各項指標。 這些要求都與設(shè)備的設(shè)計緊密相關(guān)。 在觸覺模擬的初始階段，所模擬的虛擬物體都具有固定不變的形狀，在物理性質(zhì)上的描述就是硬度無窮大。軟物體的模擬關(guān)系到虛擬物體的構(gòu)造模型，無論是物體的顯示還是反饋力的計算都非常復雜，它需要各種感覺模擬的配合。實際上任何物體都不可能是硬度無窮大的，也沒有一種結(jié)構(gòu)和控制算法能夠達到理想的硬度。每個虛擬物體表現(xiàn)出來的硬度不但和機械結(jié)構(gòu)本身、硬件傳感器的分辨率、執(zhí)行器侍服頻率等)有關(guān)，而且與控制方法很有關(guān)系。3． 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求 首先，設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)關(guān)系到系統(tǒng)的質(zhì)量大小和分布、重力、摩擦力和硬度等重要參數(shù)，這些參數(shù)都和前面所提到的系統(tǒng)性能有著重要的關(guān)系。 其次，設(shè)備應(yīng)盡量使摩擦力和慣性在各個方向上都幾乎為常數(shù)，從而減小用戶在不同方向上運動轉(zhuǎn)換的不適應(yīng)。好的機械設(shè)計使得電機的旋轉(zhuǎn)角度和機械結(jié)構(gòu)末端位置的轉(zhuǎn)換矩陣簡單明了，容易計算。在確定設(shè)備的可達虛擬空間的時候，可以從人體的結(jié)構(gòu)入手。第一個層次為手腕的運動；第二個層次為小臂和手腕的運動；第三個層次為整個手臂的運動。1)在小型的力反饋設(shè)備中，設(shè)備提供能讓用戶手腕自由運動的虛擬空間。同理，設(shè)備要有半徑70cm的半球自由運動空間。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。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。這兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點，他們的主要性能的比較如表1。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。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。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。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。 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。解決這個問題有兩種方案。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。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。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。而且只要電阻應(yīng)變片貼得對稱，基本上沒有力的耦合。在圖2這個設(shè)備中。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。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。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)。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。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。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。結(jié)合以上的討論，作者認為比較合適的材料是鋁合金。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。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。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。 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。這需要良好的控制算法去彌補。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。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。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)。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。工作時間的縮短，使人們有更多的機會用于休閑和旅游?！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)。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??？梢姟爸黝}餐廳”的市場前景，發(fā)展空間無法估量。廣州人對吃比較講究，也經(jīng)常在餐廳會客接友?，F(xiàn)在吃飯不僅僅是生理的需要，也是一種休閑。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。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?！笆澜顼L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。（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。其大廳和每個包間內(nèi)墻，都至少有2面墻是整體的銀幕。每一個包件都可以設(shè)計一個獨特的主題。從巴黎的塞納河風光、美麗的西班牙海灘、神秘的復活節(jié)島到印尼早哇熱帶雨林、非洲的原始叢林，應(yīng)有盡有。立體投影音像等科技效果，顯得栩栩如生。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。3）時尚主題：環(huán)保以情動人 餐廳另外一大經(jīng)營特色是竭力倡導環(huán)保。保護環(huán)境、保護野生動物的社會公益活動?！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。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。實現(xiàn)童年的夢想。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。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)。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”。最簡單的例子是主題購物中心、主題餐廳等。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。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。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。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。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。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。（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。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。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。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