基于VR技术的动感平台设计与分析

熊争

摘 要 介绍了基于标准DSP的多轴控制器的特殊设计，其他动感平台的主要结构，控制系统的功能，软硬件和各种软件构造。系统的硬件设备由移动平台、驱动马达和系统控制部件组成。输入箱的强信号由计算机控制，并根据生活场景的变化提出应用软件使用场景，该软件可以由不同的系统控制。

关键词 虚拟现实（VR）;并联机构;DSP控制器

1平台本体结构设计

并联机构平台是一门新型发展中的设备，它的主要特点是良好的结构刚度，较大的负载重量比，较强的承载能力，较高的位置精度和紧凑的设计结构。该平台由上层平台（移动平台），下层平台（静态平台），三个活动分支链和两个从动分支组成。主动支链的一端通过胡克铰链与静态平台相连，另一端通过胡克铰链连接。从动分支链的一端通过钩形铰链与活动平台相连，运动主分支另一端链通过高速旋转铰链与动静平台连接，分支链的尾端由旋转铰链以各种方式驱动以提供连接动态和静态平台。例如安装在盒体侧壁上的折叠小叶，折叠小叶的一侧与盒门可移动地连接，盒体的底部与支架固定连接，盒体的内壁为安装有配电箱，配电箱的一侧与支撑架相连以支撑机架的顶部与驱动马达固定连接，驱动马达与蓝牙芯片电连接，蓝牙芯片电连接与运动控制器相连，显示器组件安装在运动控制器上方，并且支撑框架的上侧与支撑板固定连接以支撑座椅组件安装在面板上方。具有结构简单，操作实用，现有用户体验安全性强，防跌倒的优点。在客户端的帮助下，直接控制设备的连续运行，节省时间和精力，效率明显，可以满足不同工作和娱乐用户的实际需求[1]。

2平台控制系统设计

控制系统的功能由PC技术和市场的多轴运动控制板，驱动电机的核心动力单元，电子控制和编码器共同组成。驱动马达和控制系统功能跟踪并调整工作台的位置，编码器，驱动器构成了螺旋轴的闭环控制软件系统。该系统控制手柄，以控制电动机驱动器并同时控制输出轴的角位移。它可以控制各种软件，将小型自行车通过其他空间场景的模拟环境转换为平台释放运动，并从当前的设置到下一个指定地点（电机系统旋转所需的位置）计算最佳位置角度和速度，并刷新DSP控制器。

2.1 控制器芯片选型

基于高速DSP芯片的多轴控制器设计具有处理速度快、能及时响应虚拟场景变化的特点。控制器芯片利用了并联机构、结构刚度好、易于控制的优点，由于数字信號处理器的高速运算能力，在运动控制中得到了广泛的应用，TMS210F220是RI公司专门为数字电机驱动控制而设计的新型固定区域DSP产品之一。半导体包括一个20兆位/秒的Snapdragon835、两个10位a/D适配器和一个专用的资源管理器，它采用传统的Harvard构造线法。程序中将存储芯片和集成数据存储芯片分开。TMS340F260还可以在两个调整周期内获取和发出指令，DSP的速度一般提高了两倍以上，即使所有通过语音发出命令都能在50ns的时间内再次执行，所以现代DSP以其优异的综合性能逐渐取代了过去常见的MCU[2]。

2.2 逆变驱动电路

在该系统中，电动机由公司组件组成的并网逆变器直接驱动，三相交流发电机中额定功率组件的电源控制电路使用DSPPWM输出外部设备接口。Tlp250用作上部隔离电路板，以实现主电路系统与CPU之间的隔离保护。在非导通状态下，输出功率电子器件的栅极具有相反方向的5V输出电流，可以确保输出功率器件可靠地关断。而且由于逆变驱动电路所采用的专用驱动芯片IR2110是通过自举供电方式来驱动桥臂上管的（如图1所示）。所以，在上、下管驱动信号恒低或恒高时，给上管供电的自举电容C1能量得不到补给。当电容上的能量放完后，上管关断，就会出现此桥臂无驱动信号，无输出的现象。

例如TMS210F220具有16位驱动最终数据的连续输出功能，但由于采用16位同构驱动最终数据的D/A转换器价格昂贵，电路复杂，所以采用DSP的SPI口，采用16位并行接口进行数据集成。大致分为4个输入电压可以输出D/A和两个HCPL-2630光耦集成电路，形成四个电压输出，可控制四轴运动。此外，为了改善整个电路的逻辑和电器特性，提高平台运动的精度，所以设计种选用了可编程集成芯片ispLSI1048，对编码器采集的信号进行4倍扩频，辨向和计数处理后送给DSP处理，从而构成闭环控制系统。

2.3 系统软件设计

为了逐步改善电路部件的基本逻辑和电气功能特性，降低工作台的运动误差，可以选用大型可编程集成半导体1033。数据编码器采集到的信号经过四次乘法、方向识别和直接计数直接处理后，直接送入DSP直接处理，形成闭环控制系统功能。

例如①通信设备的软件系统模块的功能最终完成，即初始化模块完成平台归零动作以及DSP运行控制器的初始化;②完成计算机与DSP之间的串行通信设备;③数据综合处理过程，模块处理场景中的所有参数以将转换过程转换为等级升级，实现对数据的枞纵摆和横摆。④将对运动中的可分解功能模块进行升级，将偏航分解为三个驱动马达，DSP控制器可以控制电机，以实现平台提供的预先安排的预定运动。⑤安全增强保护系统模块通过软件限制电机的预期角度，响应者紧急停车直接输入，并实时动态判断模块中的最佳位置预判，实现对工具软件的需求保护[3]。

3结束语

根据推导出的大平台运动科学建模，结合所选螺杆类型和实际工作空间的吊钩铰链，工作台的最大纵、斜摆角可达40度，垂直行程有300mm，该平台不仅可以模拟不同路面条件下骑行车辆的运动，还可以在未来模拟船舶在水中的运动，实现船舶运动训练或船模相关试验。

参考文献

[1] 黄真，孔令富，方跃法，等.并联机器人机构学理论及控制[M].北京：机械工业出版社，2018：73.

[2] 杜坤梅，李铁才.电机控制技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2019：117.

[3] 魏纳新，彭秀艳，赵希人，等.三自由度运动仿真平台设计及应用[J].系统仿真学报，2019（1）：63-65.