专利名称：开放式动作模拟系统的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种开放式动作模拟系统的控制方法，特别是有关于动作系统的控制器，利用平台动感演译法则将各种模拟系统的开放式动作指令(motioncommand)经运算处理分析后转换为驱动信号，驱动该动作系统的动作平台(motion platform)，而在模拟器(simulator)的动作系统与模拟系统之间建立起指令整合的控制方法。
传统模拟系统使用的模拟软件，如车辆、船舰或飞行器软件，其模拟系统主要将软件构筑于影像模拟的特定静态系统上，并未与动作平台整合，因此各个动作平台需要特定的模拟系统，或者说模拟系统只能应用于特定的动作平台。该模拟系统与动作平台未能整合的原因之一是该动作平台制造成本及价格昂贵，主要适合应用于体育训练、国防工业或航天太空飞行训练等领域，其制造技术无法转移普及应用于一般产业以获得进一步开发；原因之二是因从未进行过整合以寻求统一的规范标准，而使系统整合者不知如何应用整合的规范标准。
传统使用的模拟装置，如1998年5月19日授予的美国第5752834号专利“六或三自由度的动作/力量模拟训练装置”。
图1所示是其具有六或三自由度的动作/力量模拟训练装置的流程方块图，如图中所示，该流程包含三个方块14、15和13，分别用点划线示出。其中方块一14为六自由度的动作/力量模拟训练系统(motion/force simulation system)，方块二15是附加于方块一14的机械装置(mechanical device)，方块三13包括电视游乐器处理单元131(video game processing unit)。操作者11利用操纵杆12操纵该模拟装置，经电视游乐器处理单元131处理后除输出影.音反馈信号(audio and video feedback)给操作者11外，还输出速度、震动、加速度、力量等指令至六自由度的动作/力量模拟训练系统14。该六自由度的动作/力量模拟训练系统14，由其影像转换装置141将速度、震动、加速度、力量等指令转换成影像(conversion mapping)，并输出模拟位移(displacement)及模拟方向(orientation)等信号至反向位移控制器142(reverse displacementcontroller)，该反向位移控制器142输出执行器(actuator)的距离信号(length)至机械装置15。机械装置15向操作者11输出模拟动作及力量的反馈(simulatedmotion and force feedback)信号。
该5752834号美国专利的模拟系统，由于是将软件构筑于影像模拟的特定静态系统上，因此模拟系统的开发者是无法单一地针对其模拟系统修改原模拟软件，或者开发新软件，若要修改原模拟软件或开发新软件，必须一并考虑动作平台的控制，因而造成软件开发的障碍。
本发明的目的是设计一种开放式动作模拟系统的控制方法，鉴于现有技术方案的不足而改进其存在的缺点，通过在模拟系统与动作系统之间建立起指令整合，以解决模拟系统与动作平台的整合问题。
实现本发明目的的技术方案是这样的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤一模拟系统连结于一动作系统；由该模拟系统输出开放式指令至该动作系统；该动作系统以一控制器的平台动感演译法则同时对该开放式指令及平台反馈信号进行运算及分析；及该动作系统输出控制信号至一控制驱动器，再驱动平台。因而在模拟系统及动作系统之间建立整合开放式指令。
所述的平台动感演译法则是一数学模型。
所述的模拟系统的开放式动作指令，经一动作信号转换器转换为动作信号；所述的动作平台的反馈信号经一状态转换器转换为状态信号；所述的动作信号及状态信号同时输入所述平台动感演译法则的数学模型内，执行运算后输出所述的控制信号。
所述的模拟系统及动作系统在逻辑结构上分别包括一表现层、一交易层、一控制层、一链接层及一物理层。
所述的模拟系统及动作系统，其流程是依序执行一模拟系统方块、动作系统的物理层及链接层方块、动作系统的一控制层方块、动作系统的一交易层方块及该动作系统的一表现层方块。
是由模拟系统方块向动作系统的物理层及链接层方块输出开放式动作指令；物理层及链接层方块将该动作指令转换输出至控制层方块；控制层方块将转换动作指令经平台动感演译法则执行后，将控制信号输出回物理层及链接层方块；物理层及链接层方块再将该控制信号输出至交易层方块；交易层方块以该控制信号直接控制动作系统表现层方块的动作平台；表现层方块利用传感器经物理层及链接层方块将平台信息送回控制层方块；控制层方块利用平台信息的反馈数据及动作指令，再经平台动感演译法则执行后输出控制信号。因此，动作系统不断从模拟系统方块接收到开放式动作指令，该动作系统又不断地连续执行物理层及链接层方块、控制层方块、交易层方块及表现层方块。
所述的模拟系统的表现层包含至少一个以上的用户指令及应用软件。
所述的用户指令是使用者输入或操作介面，所述的应用软件是游戏或模拟软件。
所述模拟系统的交易层是包含一构筑3维(3D)场景Direct X及一网路通讯接口RS232/NetWork及一I/O控制接口。
所述模拟系统的控制层是一操作系统，包括Windows 98、Windows NT或UNIX。
所述模拟系统的链接层是一核心软件，包括基本输入输出系统(BIOS)。
所述模拟系统的物理层是一电脑硬件，包括Encore R/T、SGI设备或PC。
所述动作系统的表现层是一3至6自由度(d.o.f)的动作平台。
所述动作系统的交易层是一控制驱动器，包括伺服控制驱动器。
所述动作系统的控制层是一平台动感演译法则。
所述动作系统的链接层是一核心软件，包括基本输入输出系统(BIOS)。
所述动作系统的物理层是一电脑硬件，包括Encore R/T、SGI设备或PC及影像产生器。
所述的平台动感演译法则，其流程是依序执行移动空间的分析方块、奇异点的检查及修饰方块、系统的失效检测方块及控制信号转换方块。
是将动作信号及状态信号同时输入移动空间的分析方块；由移动空间的分析方块对动作平台的目前状态及其下一步运转动作作互相验算分析，获得符合动作平台控制的动作指令；由奇异点的检查及修饰方块对该动作指令进行检查及修饰；由系统的失效检测方块确认系统无误后将动作指令输出至控制信号转换方块；由控制信号转换方块将动作指令转换成符合动作平台的控制信号。
本发明让动作系统的控制器，利用平台动感演译法则运算、处理、分析不同模拟系统的动作指令，转换为驱动动作系统动作平台的信号，而在模拟器的模拟系统与动作系统之间建立起指令整合。
本发明的开放式动作模拟系统的控制方法，一模拟系统连结于一动作系统；由该模拟系统输出开放式指令至动作系统；该动作系统以其控制器的平台动感演译法则对该开放式指令及平台反馈信号数据同时进行运算及分析；再由该动作系统输出控制信号至一控制驱动器，以驱动平台。
本发明的开放式动作模拟系统的控制方法，提供了一种开放式动作模拟系统的控制方法，在动作系统中设置控制器，该控制器包含有一平台动感演译法则，只需接受模拟系统的开放式指令即可进行运算，让模拟系统与动作系统之间建立起指令整合。
本发明的开放式动作模拟系统的控制方法，提供了一种开放式动作模拟系统的控制方法，在动作系统中设置控制器，只需接受模拟系统的开放式指令，因而软件开发者只需研究开发模拟或游戏软件而无需考虑与动作平台间的配合动作问题。
本发明的开放式动作模拟系统的控制方法，通过设置平台动感演译法则，并利用该平台动感演译法则将各种模拟系统的开放式动作指令运算、分析成控制平台的动作信号，从而在模拟系统与动作系统之间建立起指令整合，所以软件开发者只需研究、开发模拟或游戏软件，而无需考虑与动作平台间的配合动作问题，或者说动作系统的制造者只需研究开发动作系统本身而不必考虑与模拟系统间的配合问题。而美国第5752834号专利的模拟系统，由于将软件构筑于影像模拟的特定静态系统上，因此模拟系统的开发者无法单一针对其模拟系统修改原来的模拟软件或开发新软件，若要修改原来的模拟软件或开发新软件，则必须一并考虑对动作平台的控制，因而对软件开发者造成开发障碍。
下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术方案。
图1是第5752834号美国专利具有六或三自由度的动作/力量模拟训练装置的流程方块图。
图2是本发明较佳实施例的开放式动作模拟系统的逻辑结构方块图。
图3是本发明较佳实施例的开放式动作模拟系统的控制方法流程图。
图4是本发明较佳实施例动作系统内控制层执行平台动感演译法则的流程图。
本发明的开放式动作模拟系统的控制方法，主要在动作系统中设置控制器，该控制器包含一平台动感演译法则供运算模拟系统的开放式指令，该动作系统再输出控制信号至一控制驱动器，以驱动平台动作。
本发明的较佳实施例将上述主要技术内容适当体现于所列举的较佳实施例内，并利用该较佳实施例方法对本发明的主要技术内容作适当的实施。
参见图2，是本发明较佳实施例的开放式动作模拟系统的逻辑结构方块图，主要包含一模拟系统及一动作系统，该模拟系统连结于动作系统。模拟系统及动作系统在逻辑结构上分别包含表现层(presentation layer)、交易层(transaction layer)、控制层(control layer)、链接层(linking layer)及物理层(physical layer)。其表现层将实体的表现状态呈现给用户；交易层是介于操作系统之间或控制软件之间的驱动程序；控制层控制硬件及应用程序等系统资源；链接层是连结硬件的核心驱动程序；物理层是电脑硬件。
如图2、图3中所示，模拟系统的表现层包含用户指令(user command)及应用软件(application program)。其用户指令是使用者输入或操作介面，如摇杆或方向盘等，其应用软件是游戏或模拟软件；模拟系统的交易层包括构筑3D(3维)场景Direct X及网路通讯接口RS232/NetWork及I/O控制接口；模拟系统的控制层是操作系统(operation system)，如Windows98、Windows NT或UNIX等；模拟系统的链接层是核心软件(Kernel)，如基本输入输出系统(BIOS)；模拟系统的物理层是电脑硬件(游戏/模拟电脑)，如Encore R/T、SGI设备或PC等。
如图2中所示，动作系统的表现层是具有3至6 d.o.f(Degree-of-Freedom)的动作平台；动作系统的交易层是控制驱动器(control driver)，如伺服控制驱动器；动作系统的控制层是平台动感演译法则；动作系统的链接层是核心软件(Kernel)，如BIOS；动作系统的物理(实体)层是电脑硬件(游戏/模拟电脑)，如Encore R/T、SGI设备或PC及影像产生器等。
参见图3，图中示出本发明较佳实施例的开放式动作模拟系统的控制方法流程。该流程依序执行五个方块，分别为模拟系统方块31、动作系统32的物理层及链接层方块321、动作系统32的控制层方块322、动作系统32的交易层方块323及动作系统的表现层方块324。
如图3中所示，步骤1，由模拟系统方块31向动作系统32的物理层(控制电脑)及链接层(Kernel)方块321输出开放式动作指令；步骤2，物理层(控制电脑)及链接层(Kernel)方块321将该动作指令转换后输出至控制层方块(控制器)322；步骤3，控制层方块(控制器)322对转换动作指令经平台动感演译法则执行后，将控制信号(回送)输出至动作系统32的物理层(控制电脑)及链接层(Kernel)方块321；步骤4，动作系统32的物理层(控制电脑)及链接层(Kernel)方块321再将该控制信号输出至交易层方块(控制驱动器)323，交易层方块(控制驱动器)323以该控制信号直接控制动作表现层方块的动作平台324；步骤5，表现层方块324利用传感器(transducer)经物理层(控制电脑)及链接层(Kernel)方块321将平台信息反馈回送给控制层方块322。控制层方块322再利用该平台信息的反馈数据及动作指令，经平台动感演译法则执行后，再输出控制信号控制交易层方块(控制驱动器)323。
因此，动作系统方块32不断从模拟系统方块31接收到开放式动作指令，该动作系统方块32不断地连续执行物理层及链接层方块321、控制层方块322、交易层方块323及表现层方块324。本发明的控制方法在模拟系统及动作系统之间只需建立通用的开放式指令即可完成整合。
参见图4，图中示出本发明较佳实施例动作系统内控制层执行平台动感演译法则的流程。该流程主要依序执行四个方块，分别为移动空间的分析方块41、奇异点的检查及修饰方块42、系统的失效检测方块43及控制信号转换方块44，四个方块组成一数学模型(math model)，执行运算及对比分析。该流程主要执行于开放式动作模拟系统流程的控制层方块，如图3中所示。
结合参见图3、图4，控制层在输入模拟系统的动作指令及动作平台的反馈信号后，经数学模型执行运算及对比分析，将控制信号输出至动作系统的交易层。模拟系统的开放式动作指令经动作信号转换器(motion cuetransfer)45转换为动作信号；动作平台的反馈信号经状态信号转换器(status cuetransfer)46转换为状态信号；动作信号及状态信号同时输入数学模型内执行运算后，输出控制信号，如图3、图4中的(步骤)3所示。
如图4中所示，动作信号及状态信号同时输入移动空间的分析方块41，该移动空间的分析方块41对动作平台的目前状态及其下一步运转动作进行互相验算分析，获得符合动作平台控制的动作指令。奇异点的检查及修饰方块42对该动作指令进行检查及修饰。系统的失效检测方块43在确认系统无误后将动作指令输出至控制信号转换方块44。该控制信号转换方块44将动作指令转换成符合动作平台的控制信号，并输出回物理层及链接层方块，如图3中所示。
对比参见图3及图1，本发明开放式动作模拟系统的控制方法是通过设置平台动感演译法则，并利用该平台动感演译法则将各种模拟系统的开放式动作指令运算分析成控制平台动作信号，而在模拟系统及动作系统之间建立起指令整合。所以，软件开发者只需研究开发模拟或游戏软件而无需考虑与动作平台间的配合动作，或动作系统的产业者只需研究开发动作系统本身而无需考虑与模拟系统间的配合。然而，第5752834号美国专利的模拟系统，由于将软件构筑于影像模拟的特定静态系统上，使模拟系统的开发者无法单一针对其模拟系统修改原来的模拟软件或开发新软件，若要修改原来的模拟软件或开发新软件则必须一并考虑对动作平台的控制，因而对软件开发者造成障碍。
综上所述，本发明的开放式动作模拟系统的控制方法，是让模拟系统与动作系统连结；由模拟系统输出开放式指令至动作系统；动作系统以一控制器的平台动感演译法则对该开放式指令及平台反馈数据同时进行运算及分析；由动作系统再输出控制信号到控制驱动器来驱动平台。
权利要求
1.一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤一模拟系统连结于一动作系统；由该模拟系统输出开放式指令至该动作系统；该动作系统以一控制器的平台动感演译法则同时对该开放式指令及平台反馈信号进行运算及分析；及该动作系统输出控制信号至一控制驱动器，再驱动平台。
2.根据权利要求1所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述的平台动感演译法则是一数学模型。
3.根据权利要求1所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述的模拟系统的开放式动作指令，经一动作信号转换器转换为动作信号；所述的动作平台的反馈信号经一状态转换器转换为状态信号；所述的动作信号及状态信号同时输入所述平台动感演译法则的数学模型内，执行运算后输出所述的控制信号。
4.根据权利要求1所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述的模拟系统及动作系统在逻辑结构上分别包括一表现层、一交易层、一控制层、一链接层及一物理层。
5.根据权利要求4所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述的模拟系统及动作系统，其流程是依序执行一模拟系统方块、动作系统的物理层及链接层方块、动作系统的一控制层方块、动作系统的一交易层方块及该动作系统的一表现层方块。
6.根据权利要求5所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于是由模拟系统方块向动作系统的物理层及链接层方块输出开放式动作指令；物理层及链接层方块将该动作指令转换输出至控制层方块；控制层方块将转换动作指令经平台动感演译法则执行后，将控制信号输出回物理层及链接层方块；物理层及链接层方块再将该控制信号输出至交易层方块；交易层方块以该控制信号直接控制动作系统表现层方块的动作平台；表现层方块利用传感器经物理层及链接层方块将平台信息送回控制层方块；控制层方块利用平台信息的反馈数据及动作指令，再经平台动感演译法则执行后输出控制信号。
7.根据权利要求4所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述的模拟系统的表现层包含至少一个以上的用户指令及应用软件。
8.根据权利要求7所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述的用户指令是使用者输入或操作介面，所述的应用软件是游戏或模拟软件。
9.根据权利要求4所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述模拟系统的交易层是包含一构筑3维(3D)场景Direct X及一网路通讯接口RS232/NetWork及一I/O控制接口。
10.根据权利要求4所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述模拟系统的控制层是一操作系统，包括Windows 98、Windows NT或UNIX。
11.根据权利要求4所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述模拟系统的链接层是一核心软件，包括基本输入输出系统(BIOS)。
12.根据权利要求4所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述模拟系统的物理层是一电脑硬件，包括Encore R/T、SGI设备或PC。
13.根据权利要求4所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述动作系统的表现层是一3至6自由度(d.o.f)的动作平台。
14.根据权利要求4所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述动作系统的交易层是一控制驱动器，包括伺服控制驱动器。
15.根据权利要求4所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述动作系统的控制层是一平台动感演译法则。
16.根据权利要求4所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述动作系统的链接层是一核心软件，包括基本输入输出系统(BIOS)。
17.根据权利要求4所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述动作系统的物理层是一电脑硬件，包括Encore R/T、SGI设备或PC及影像产生器。
18.根据权利要求1所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于所述的平台动感演译法则，其流程是依序执行移动空间的分析方块、奇异点的检查及修饰方块、系统的失效检测方块及控制信号转换方块。
19.根据权利要求18所述的一种开放式动作模拟系统的控制方法，其特征在于是将动作信号及状态信号同时输入移动空间的分析方块；由移动空间的分析方块对动作平台的目前状态及其下一步运转动作作互相验算分析，获得符合动作平台控制的动作指令；由奇异点的检查及修饰方块对该动作指令进行检查及修饰；由系统的失效检测方块确认系统无误后将动作指令输出至控制信号转换方块；由控制信号转换方块将动作指令转换成符合动作平台的控制信号。
全文摘要
本发明涉及一种开放式动作模拟系统的控制方法,在模拟系统及动作系统之间建立起指令整合,使软件开发者或动作系统的产业者只需分别研究开发模拟、游戏软件和动作系统本身,而无需考虑模拟系统与动作平台间的配合动作。包括如下步骤:让模拟系统与动作系统连结;由模拟系统输出开放式指令至动作系统;动作系统以一控制器的平台动感演綘法则对该开放式指令及平台反馈信号同时进行运算及分析;由动作系统输出控制信号至控制驱动器来驱动平台。
文档编号G06F19/00GK1368712SQ0110248
公开日2002年9月11日 申请日期2001年2月6日 优先权日2001年2月6日
发明者李福轩, 赖登鸿, 蔡长荣 申请人:美新科技股份有限公司