一种模拟驯马展项设计

刘纪岸

摘 要：本文设计出一种模拟驯马装置，通过游客进行模拟驯马的互动体验，向游客全面展示机电一体化技术、自动控制技术、模拟仿真技术、传感技术等各种先进的技术，向游客传达了科技进步带给人们的精彩的生活方式。

关键词：驯马装置;机械设置;应用研究

随着我国民众生活水平的提升，人们开始追求更高层次的娱乐项目，尤其是骑马、射箭、投掷等项目被民众所热衷，在各类公园随处可见儿童排队参与骑马项目的场景。虽说在实际生活中，骑马有助于培养儿童的勇敢品质，但由于儿童操控马匹的经验以及其生理特点决定了儿童在体验骑马项目时存在一定的危险性。社会科技水平的提升使得人们能够研发出各种逼真模型，尤其是无线传感技术与自动化技术的日常化应用可通过构建仿真马模型，来替代真实马匹，帮助人们体验驯马的乐趣。

1 展示内容

通过一台形象逼真的仿真马模型，展示先进的机械传动技术、运动控制系统技术、模拟仿真技术、语音识别处理技术、多媒体技术、自动控制技术和传感技术等在科技馆内的精彩应用，参与者可以与机器马充分进行互动，游客骑在马背上拍马屁股时，马会逐渐加速，在一定限度内拍的次数越多，马跑的越快;当用腿夹马肚子时，马会逐渐减速;而当拉缰绳时，马匹恢复静止状态。游客在骑马过程中，还可以通过“驾、吁、嚇…”等语音指令配合肢体动作，完成对马匹的控制，充分感受机电一体化带来的乐趣。模拟驯马展项设计的硬件部分包括一匹机械马以及马鞭、缰绳、头盔、台阶、吹风装置、闸机系统等辅助设备。机械马身上安装有运动控制系统、触觉传感系统、语音传感系统等，马身上铺贴人造高仿真毛皮。软件部分包括灯光控制系统软件、机器马四肢运动控制系统软件、液压平台控制系统软件、闸机自动排队系统软件、吹风系统软件、传感检测软件、语音检测软件等。下图为该模拟驯马装置的效果图。

2 关键技术原理

模拟驯马展项设计综合运用了机电一体化技术、自动控制技术、模拟仿真技术、多媒体技术、传感技术、传动技术。

2.1 机电一体化技术

该设计是机电一体化技术展示的良好平台。机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合。

2.2 自动控制技术

在该设计中机械马针对外部的各种信号作出的相应的各种动作都属于自动控制技术领域。自动控制是相对于人工控制概念而言的，指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定程序运行。

2.3 模拟仿真技术

仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。本展项中机械马通过与参与者的互动，模拟马的各种动作及反馈，就是对模拟仿真技术的恰当应用。

2.4 传感技术

传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、建造、测试、应用及评价改进等活动。展项中，机械马的各种动作都是应用传感技术、获取相应的指令并作出反馈的。

3 展示与操作方式

3.1 展示方式

该展项设计是一个互動体验型的展项，游客通过驾驭一匹模拟马，感受驯马的乐趣，同时体验先进的机器人技术。

3.2 操作方式

游客进入模拟驯马的展项体验范围，按照展项体验说明和引导员的指引骑在马背上，戴好头盔等保护装置;游客确认准备就绪后，按下马身上的开始键;引导员按下总控开关，游客开始骑马;游客通过拉动马匹的缰绳和蹬马肚子等配合动作或语音令机械马模拟真实马匹的行走、慢跑、小步跑、快跑和加速减速等动作，同时机械马还可以模拟真实马匹的侧倾、上山下山等不同场景驯马的真实体验;在游客体验过程中，随时可通过按下“停止”按钮结束体验;游戏过程中在场地外设有急停按钮，由引导员进行控制，随时可以停止游戏;系统运行3分钟内如无其他指令，自动终止运行。

4 具体方案

该设计主要包括对系统的硬件与软件设计。其中硬件部分主要包括：马身电机、电动平台、机械马身等。系统的软件部分是指多媒体系统和机械马运动系统的总控软件。总控软件是根据现场的游戏实时互动，精确地对各子系统同步触发和控制，以使各系统统一、协调、精确地运行，给观众带来震撼的体验效果。根据本展项的实际情况，总控设计从管理的角度来考虑，总控制系统可划分为几个独立的子系统，总控的功能是协调管理各子系统，按照机械马反馈回来的信号完成视频的演播。主要子系统分别如下：机器马四肢运动控制系统软件;平台控制系统软件;闸机自动排队系统软件;吹风系统软件。以上系统相对独立，可以独立实现各自的功能，并接受总控的协调和控制，同时各子系统应有回馈信息给总控系统，总控根据回馈信息，协调同步各子系统。子系统和总控系统的接口协议为RS232串口通信协议，部分控制为光隔离的TTL或触电I/O接口控制。

5 结语

智能化技术的大规模应用，使得人们可以借助各类智能设备体验丰富多彩的娱乐项目，而本文中所述的模拟驯马装置只是智能化和自动化技术应用的一个缩影，相信随着智能技术应用范围的不断扩大，各类基于机械设备制造而出的娱乐项目将会不断增多。

参考文献：

[1]GB8408-2018.游乐设施安全规范[S].

[2]GBJ65-83.工业与民用电力装置的接地设计规范[S].

[3]GB6675-2003.国家玩具安全技术规范[S].