Virtuaalitodellisuuslaboratorion laiteympäristön kehittäminen - ohjaimet ja ohjelmistot

Tämä diplomityö on tehty osana HumanICT-projektia, jonka tavoitteena on kehittää uusi, virtuaalitekniikoita hyödyntävä, työkoneiden käyttäjäliityntöjen suunnittelumenetelmä. Työn tarkoituksena oli kehittää VTT:n Tuotteet ja tuotanto tutkimusyksikköön kuluvan Ihminen-kone-turvallisuus ryhmän nykyistä virtuaalitodellisuuslaboratoriota siten, että sitä voidaan käyttää työkoneiden suunnittelussa sekä monipuolisissa ergonomiatarkasteluissa. Itse ympäristön kehittäminen pitää sisällään uuden ohjainjärjestelmän suunnittelun sekä sen implementoinnin nykyisin käytössä olevaan virtuaaliympäristöön. Perinteisesti ohjaamosimulaattorit ovat olleet sovelluskohteisiin räätälöityjä, joten ne ovat kalliita ja niiden konfiguroinnin muuttaminen on vaikeaa, joskus jopa mahdotonta. Tämän työntarkoituksena oli kehittää PC-tietokoneeseen ja yleiseen käyttöjärjestelmään perustuva ohjainjärjestelmä, joka on nopeasti kytkettävissä erilaisiin virtuaaliympäristön sovelluksiin, kuten ohjaamomalleihin. Työssä tarkasteltiin myös tapoja mallintaa fysikaalisia ilmiöitä reaaliaikasovelluksissa, eli on-line simuloinnissa. Tämän tarkastelun perusteella etsittiin ja valittiin jatkokäsittelyyn ohjelmistoja, joiden reaaliaikaisen dynamiikan simulointialgoritmitolivat kaikkein kehittyneimpiä ja monipuolisia.

This thesisis a part of the HumanICT project. The goal of the project is to develop new method for planning user interfaces for construction machines using virtual reality techniques and virtual environments. This thesis is aimed at the development of a motion control system for the VTT's Human-Machine-Safety group. The dominating requirement for the system is a flexibility which means the single components of control system should be changeable easily. Cockpit simulators are usually application orientated and thus expensive and making changes in configuration of those systems are usually very difficult or even impossible. The system must also provide a distinct user interface, because it will be used by a human operator for controlling systems in virtual reality applications. These requirements can be fulfilled with PC-based control software that will provide a graphical user interface. In the theoretical part ofthis thesis, the concept of real-time is first covered by presenting propertiescommon to all real-time systems. In addition, common requirements for the software of a real-time virtual reality system will be presented. The experimental part of this thesis concentrates on describing the development process of the real-time motion control system for virtual reality applications. The main target ofthis virtual cockpit is to use it for ergonomics and safety analysis of construction machines before manufacturing the real machine. The second objective of the project is to present common real-time physical simulation properties of the software's which are used in virtual reality applications. A survey of those software's will be presented. Then, a short overview ofthose software's capabilities of implementation in a virtual reality applications is given and requirements for software's properties for VTT's virtual reality laboratory are discussed. After that theoretical part of those software's will be presented and theoretical evaluation of the functionalityand the dynamic's simulation performance of software's will be made.