一種模擬馴馬展項設(shè)計

劉紀(jì)岸

摘?要：本文設(shè)計出一種模擬馴馬裝置，通過游客進(jìn)行模擬馴馬的互動體驗，向游客全面展示機電一體化技術(shù)、自動控制技術(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;機械設(shè)置;應(yīng)用研究

隨著我國民眾生活水平的提升，人們開始追求更高層次的娛樂項目，尤其是騎馬、射箭、投擲等項目被民眾所熱衷，在各類公園隨處可見兒童排隊參與騎馬項目的場景。雖說在實際生活中，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)驗以及其生理特點決定了兒童在體驗騎馬項目時存在一定的危險性。社會科技水平的提升使得人們能夠研發(fā)出各種逼真模型，尤其是無線傳感技術(shù)與自動化技術(shù)的日常化應(yīng)用可通過構(gòu)建仿真馬模型，來替代真實馬匹，幫助人們體驗馴馬的樂趣。

1 展示內(nèi)容

通過一臺形象逼真的仿真馬模型，展示先進(jìn)的機械傳動技術(shù)、運動控制系統(tǒng)技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、語音識別處理技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動控制技術(shù)和傳感技術(shù)等在科技館內(nèi)的精彩應(yīng)用，參與者可以與機器馬充分進(jìn)行互動，游客騎在馬背上拍馬屁股時，馬會逐漸加速，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，馬會逐漸減速;而當(dāng)拉韁繩時，馬匹恢復(fù)靜止?fàn)顟B(tài)。游客在騎馬過程中，還可以通過“駕、吁、嚇…”等語音指令配合肢體動作，完成對馬匹的控制，充分感受機電一體化帶來的樂趣。模擬馴馬展項設(shè)計的硬件部分包括一匹機械馬以及馬鞭、韁繩、頭盔、臺階、吹風(fēng)裝置、閘機系統(tǒng)等輔助設(shè)備。機械馬身上安裝有運動控制系統(tǒng)、觸覺傳感系統(tǒng)、語音傳感系統(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、機器馬四肢運動控制系統(tǒng)軟件、液壓平臺控制系統(tǒng)軟件、閘機自動排隊系統(tǒng)軟件、吹風(fēng)系統(tǒng)軟件、傳感檢測軟件、語音檢測軟件等。下圖為該模擬馴馬裝置的效果圖。

2 關(guān)鍵技術(shù)原理

模擬馴馬展項設(shè)計綜合運用了機電一體化技術(shù)、自動控制技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、傳動技術(shù)。

2.1 機電一體化技術(shù)

該設(shè)計是機電一體化技術(shù)展示的良好平臺。機電一體化技術(shù)是將機械技術(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)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機地結(jié)合。

2.2 自動控制技術(shù)

在該設(shè)計中機械馬針對外部的各種信號作出的相應(yīng)的各種動作都屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域。自動控制是相對于人工控制概念而言的，指的是在沒人參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預(yù)定程序運行。

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)，以計算機和專用設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)試驗。本展項中機械馬通過與參與者的互動，模擬馬的各種動作及反饋，就是對模擬仿真技術(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，并對之進(jìn)行處理（變換）和識別的一門多學(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）、信息處理和識別的規(guī)劃設(shè)計、開發(fā)、建造、測試、應(yīng)用及評價改進(jìn)等活動。展項中，機械馬的各種動作都是應(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

該展項設(shè)計是一個互動體驗型的展項，游客通過駕馭一匹模擬馬，感受馴馬的樂趣，同時體驗先進(jìn)的機器人技術(shù)。

3.2 操作方式

游客進(jìn)入模擬馴馬的展項體驗范圍，按照展項體驗說明和引導(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，按下馬身上的開始鍵;引導(dǎo)員按下總控開關(guān)，游客開始騎馬;游客通過拉動馬匹的韁繩和蹬馬肚子等配合動作或語音令機械馬模擬真實馬匹的行走、慢跑、小步跑、快跑和加速減速等動作，同時機械馬還可以模擬真實馬匹的側(cè)傾、上山下山等不同場景馴馬的真實體驗;在游客體驗過程中，隨時可通過按下“停止”按鈕結(jié)束體驗;游戲過程中在場地外設(shè)有急停按鈕，由引導(dǎo)員進(jìn)行控制，隨時可以停止游戲;系統(tǒng)運行3分鐘內(nèi)如無其他指令，自動終止運行。

4 具體方案

該設(shè)計主要包括對系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計。其中硬件部分主要包括：馬身電機、電動平臺、機械馬身等。系統(tǒng)的軟件部分是指多媒體系統(tǒng)和機械馬運動系統(tǒng)的總控軟件。總控軟件是根據(jù)現(xiàn)場的游戲?qū)崟r互動，精確地對各子系統(tǒng)同步觸發(fā)和控制，以使各系統(tǒng)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、精確地運行，給觀眾帶來震撼的體驗效果。根據(jù)本展項的實際情況，總控設(shè)計從管理的角度來考慮，總控制系統(tǒng)可劃分為幾個獨立的子系統(tǒng)，總控的功能是協(xié)調(diào)管理各子系統(tǒng)，按照機械馬反饋回來的信號完成視頻的演播。主要子系統(tǒng)分別如下：機器馬四肢運動控制系統(tǒng)軟件;平臺控制系統(tǒng)軟件;閘機自動排隊系統(tǒng)軟件;吹風(fēng)系統(tǒng)軟件。以上系統(tǒng)相對獨立，可以獨立實現(xiàn)各自的功能，并接受總控的協(xié)調(diào)和控制，同時各子系統(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

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)備體驗豐富多彩的娛樂項目，而本文中所述的模擬馴馬裝置只是智能化和自動化技術(shù)應(yīng)用的一個縮影，相信隨著智能技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴大，各類基于機械設(shè)備制造而出的娛樂項目將會不斷增多。

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