一種模擬馴馬展項(xiàng)設(shè)計(jì)

劉紀(jì)岸

摘?要：本文設(shè)計(jì)出一種模擬馴馬裝置，通過(guò)游客進(jìn)行模擬馴馬的互動(dòng)體驗(yàn)，向游客全面展示機(jī)電一體化技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、傳感技術(shù)等各種先進(jìn)的技術(shù)，向游客傳達(dá)了科技進(jìn)步帶給人們的精彩的生活方式。

關(guān)鍵詞：馴馬裝置;機(jī)械設(shè)置;應(yīng)用研究

隨著我國(guó)民眾生活水平的提升，人們開(kāi)始追求更高層次的娛樂(lè)項(xiàng)目，尤其是騎馬、射箭、投擲等項(xiàng)目被民眾所熱衷，在各類公園隨處可見(jiàn)兒童排隊(duì)參與騎馬項(xiàng)目的場(chǎng)景。雖說(shuō)在實(shí)際生活中，騎馬有助于培養(yǎng)兒童的勇敢品質(zhì)，但由于兒童操控馬匹的經(jīng)驗(yàn)以及其生理特點(diǎn)決定了兒童在體驗(yàn)騎馬項(xiàng)目時(shí)存在一定的危險(xiǎn)性。社會(huì)科技水平的提升使得人們能夠研發(fā)出各種逼真模型，尤其是無(wú)線傳感技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的日常化應(yīng)用可通過(guò)構(gòu)建仿真馬模型，來(lái)替代真實(shí)馬匹，幫助人們體驗(yàn)馴馬的樂(lè)趣。

1 展示內(nèi)容

通過(guò)一臺(tái)形象逼真的仿真馬模型，展示先進(jìn)的機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別處理技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和傳感技術(shù)等在科技館內(nèi)的精彩應(yīng)用，參與者可以與機(jī)器馬充分進(jìn)行互動(dòng)，游客騎在馬背上拍馬屁股時(shí)，馬會(huì)逐漸加速，在一定限度內(nèi)拍的次數(shù)越多，馬跑的越快;當(dāng)用腿夾馬肚子時(shí)，馬會(huì)逐漸減速;而當(dāng)拉韁繩時(shí)，馬匹恢復(fù)靜止?fàn)顟B(tài)。游客在騎馬過(guò)程中，還可以通過(guò)“駕、吁、嚇…”等語(yǔ)音指令配合肢體動(dòng)作，完成對(duì)馬匹的控制，充分感受機(jī)電一體化帶來(lái)的樂(lè)趣。模擬馴馬展項(xiàng)設(shè)計(jì)的硬件部分包括一匹機(jī)械馬以及馬鞭、韁繩、頭盔、臺(tái)階、吹風(fēng)裝置、閘機(jī)系統(tǒng)等輔助設(shè)備。機(jī)械馬身上安裝有運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、觸覺(jué)傳感系統(tǒng)、語(yǔ)音傳感系統(tǒng)等，馬身上鋪貼人造高仿真毛皮。軟件部分包括燈光控制系統(tǒng)軟件、機(jī)器馬四肢運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件、液壓平臺(tái)控制系統(tǒng)軟件、閘機(jī)自動(dòng)排隊(duì)系統(tǒng)軟件、吹風(fēng)系統(tǒng)軟件、傳感檢測(cè)軟件、語(yǔ)音檢測(cè)軟件等。下圖為該模擬馴馬裝置的效果圖。

2 關(guān)鍵技術(shù)原理

模擬馴馬展項(xiàng)設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了機(jī)電一體化技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、傳動(dòng)技術(shù)。

2.1 機(jī)電一體化技術(shù)

該設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化技術(shù)展示的良好平臺(tái)。機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合。

2.2 自動(dòng)控制技術(shù)

在該設(shè)計(jì)中機(jī)械馬針對(duì)外部的各種信號(hào)作出的相應(yīng)的各種動(dòng)作都屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。自動(dòng)控制是相對(duì)于人工控制概念而言的，指的是在沒(méi)人參與的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地按預(yù)定程序運(yùn)行。

2.3 模擬仿真技術(shù)

仿真技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合性技術(shù)，它以控制論、系統(tǒng)論、相似原理和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和專用設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。本展項(xiàng)中機(jī)械馬通過(guò)與參與者的互動(dòng)，模擬馬的各種動(dòng)作及反饋，就是對(duì)模擬仿真技術(shù)的恰當(dāng)應(yīng)用。

2.4 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是關(guān)于從自然信源獲取信息，并對(duì)之進(jìn)行處理（變換）和識(shí)別的一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù)，它涉及傳感器（又稱換能器）、信息處理和識(shí)別的規(guī)劃設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、建造、測(cè)試、應(yīng)用及評(píng)價(jià)改進(jìn)等活動(dòng)。展項(xiàng)中，機(jī)械馬的各種動(dòng)作都是應(yīng)用傳感技術(shù)、獲取相應(yīng)的指令并作出反饋的。

3 展示與操作方式

3.1 展示方式

該展項(xiàng)設(shè)計(jì)是一個(gè)互動(dòng)體驗(yàn)型的展項(xiàng)，游客通過(guò)駕馭一匹模擬馬，感受馴馬的樂(lè)趣，同時(shí)體驗(yàn)先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)。

3.2 操作方式

游客進(jìn)入模擬馴馬的展項(xiàng)體驗(yàn)范圍，按照展項(xiàng)體驗(yàn)說(shuō)明和引導(dǎo)員的指引騎在馬背上，戴好頭盔等保護(hù)裝置;游客確認(rèn)準(zhǔn)備就緒后，按下馬身上的開(kāi)始鍵;引導(dǎo)員按下總控開(kāi)關(guān)，游客開(kāi)始騎馬;游客通過(guò)拉動(dòng)馬匹的韁繩和蹬馬肚子等配合動(dòng)作或語(yǔ)音令機(jī)械馬模擬真實(shí)馬匹的行走、慢跑、小步跑、快跑和加速減速等動(dòng)作，同時(shí)機(jī)械馬還可以模擬真實(shí)馬匹的側(cè)傾、上山下山等不同場(chǎng)景馴馬的真實(shí)體驗(yàn);在游客體驗(yàn)過(guò)程中，隨時(shí)可通過(guò)按下“停止”按鈕結(jié)束體驗(yàn);游戲過(guò)程中在場(chǎng)地外設(shè)有急停按鈕，由引導(dǎo)員進(jìn)行控制，隨時(shí)可以停止游戲;系統(tǒng)運(yùn)行3分鐘內(nèi)如無(wú)其他指令，自動(dòng)終止運(yùn)行。

4 具體方案

該設(shè)計(jì)主要包括對(duì)系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì)。其中硬件部分主要包括：馬身電機(jī)、電動(dòng)平臺(tái)、機(jī)械馬身等。系統(tǒng)的軟件部分是指多媒體系統(tǒng)和機(jī)械馬運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的總控軟件。總控軟件是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的游戲?qū)崟r(shí)互動(dòng)，精確地對(duì)各子系統(tǒng)同步觸發(fā)和控制，以使各系統(tǒng)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、精確地運(yùn)行，給觀眾帶來(lái)震撼的體驗(yàn)效果。根據(jù)本展項(xiàng)的實(shí)際情況，總控設(shè)計(jì)從管理的角度來(lái)考慮，總控制系統(tǒng)可劃分為幾個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，總控的功能是協(xié)調(diào)管理各子系統(tǒng)，按照機(jī)械馬反饋回來(lái)的信號(hào)完成視頻的演播。主要子系統(tǒng)分別如下：機(jī)器馬四肢運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件;平臺(tái)控制系統(tǒng)軟件;閘機(jī)自動(dòng)排隊(duì)系統(tǒng)軟件;吹風(fēng)系統(tǒng)軟件。以上系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)各自的功能，并接受總控的協(xié)調(diào)和控制，同時(shí)各子系統(tǒng)應(yīng)有回饋信息給總控系統(tǒng)，總控根據(jù)回饋信息，協(xié)調(diào)同步各子系統(tǒng)。子系統(tǒng)和總控系統(tǒng)的接口協(xié)議為RS232串口通信協(xié)議，部分控制為光隔離的TTL或觸電I/O接口控制。

5 結(jié)語(yǔ)

智能化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，使得人們可以借助各類智能設(shè)備體驗(yàn)豐富多彩的娛樂(lè)項(xiàng)目，而本文中所述的模擬馴馬裝置只是智能化和自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)縮影，相信隨著智能技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，各類基于機(jī)械設(shè)備制造而出的娛樂(lè)項(xiàng)目將會(huì)不斷增多。

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