一種模擬馴馬展項設計

劉紀岸

摘?要：本文設計出一種模擬馴馬裝置，通過游客進行模擬馴馬的互動體驗，向游客全面展示機電一體化技術、自動控制技術、模擬仿真技術、傳感技術等各種先進的技術，向游客傳達了科技進步帶給人們的精彩的生活方式。

關鍵詞：馴馬裝置;機械設置;應用研究

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，但由于兒童操控馬匹的經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與自動化技術的日?；瘧每赏ㄟ^構建仿真馬模型，來替代真實馬匹，幫助人們體驗馴馬的樂趣。

1 展示內容

通過一臺形象逼真的仿真馬模型，展示先進的機械傳動技術、運動控制系統技術、模擬仿真技術、語音識別處理技術、多媒體技術、自動控制技術和傳感技術等在科技館內的精彩應用，參與者可以與機器馬充分進行互動，游客騎在馬背上拍馬屁股時，馬會逐漸加速，在一定限度內拍的次數越多，馬跑的越快;當用腿夾馬肚子時，馬會逐漸減速;而當拉韁繩時，馬匹恢復靜止狀態(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、吹風裝置、閘機系統等輔助設備。機械馬身上安裝有運動控制系統、觸覺傳感系統、語音傳感系統等，馬身上鋪貼人造高仿真毛皮。軟件部分包括燈光控制系統軟件、機器馬四肢運動控制系統軟件、液壓平臺控制系統軟件、閘機自動排隊系統軟件、吹風系統軟件、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 關鍵技術原理

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

2.1 機電一體化技術

該設計是機電一體化技術展示的良好平臺。機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合。

2.2 自動控制技術

在該設計中機械馬針對外部的各種信號作出的相應的各種動作都屬于自動控制技術領域。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定程序運行。

2.3 模擬仿真技術

仿真技術是一門多學科的綜合性技術，它以控制論、系統論、相似原理和信息技術為基礎，以計算機和專用設備為工具，利用系統模型對實際的或設想的系統進行動態(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的恰當應用。

2.4 傳感技術

傳感技術是關于從自然信源獲取信息，并對之進行處理（變換）和識別的一門多學科交叉的現代科學與工程技術，它涉及傳感器（又稱換能器）、信息處理和識別的規(guī)劃設計、開發(fā)、建造、測試、應用及評價改進等活動。展項中，機械馬的各種動作都是應用傳感技術、獲取相應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，同時體驗先進的機器人技術。

3.2 操作方式

游客進入模擬馴馬的展項體驗范圍，按照展項體驗說明和引導員的指引騎在馬背上，戴好頭盔等保護裝置;游客確認準備就緒后，按下馬身上的開始鍵;引導員按下總控開關，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”按鈕結束體驗;游戲過程中在場地外設有急停按鈕，由引導員進行控制，隨時可以停止游戲;系統運行3分鐘內如無其他指令，自動終止運行。

4 具體方案

該設計主要包括對系統的硬件與軟件設計。其中硬件部分主要包括：馬身電機、電動平臺、機械馬身等。系統的軟件部分是指多媒體系統和機械馬運動系統的總控軟件。總控軟件是根據現場的游戲實時互動，精確地對各子系統同步觸發(fā)和控制，以使各系統統一、協調、精確地運行，給觀眾帶來震撼的體驗效果。根據本展項的實際情況，總控設計從管理的角度來考慮，總控制系統可劃分為幾個獨立的子系統，總控的功能是協調管理各子系統，按照機械馬反饋回來的信號完成視頻的演播。主要子系統分別如下：機器馬四肢運動控制系統軟件;平臺控制系統軟件;閘機自動排隊系統軟件;吹風系統軟件。以上系統相對獨立，可以獨立實現各自的功能，并接受總控的協調和控制，同時各子系統應有回饋信息給總控系統，總控根據回饋信息，協調同步各子系統。子系統和總控系統的接口協議為RS232串口通信協議，部分控制為光隔離的TTL或觸電I/O接口控制。

5 結語

智能化技術的大規(guī)模應用，使得人們可以借助各類智能設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應用的一個縮影，相信隨著智能技術應用范圍的不斷擴大，各類基于機械設備制造而出的娛樂項目將會不斷增多。

參考文獻：

[1]GB8408-2018.游樂設施安全規(guī)范[S].

[2]GBJ65-83.工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規(guī)范[S].

[3]GB6675-2003.國家玩具安全技術規(guī)范[S].