轻型飞行模拟器是一种基于虚拟现实等新技术的飞行模拟训练设备。虚拟现实头盔作为一种重要的虚拟现实交互设备,是轻型飞行模拟器的重要组成部分。本文所提到的头盔是以六自由度并联机器人作为运动执行机构的头盔伺服系统。六自由度并联机器人主要负责完成或实现对虚拟现实头盔的跟踪定位、佩戴减重和运动伺服功能。头盔伺服系统的性能要求取决于头部的运动特点。为了对头部运动特点开展较为深入的研究,本文首先从人机工程学的角度分析了人体的骨骼构造结构、运动结构以及人体关节运动自由度,然后对整个骨骼体系进行了简化处理并建立了人体躯干至头部的结构模型。接着运用串联机器人运动学正解方法——D-H法得到头部顶端的位置公式,并在在MATLAB中对飞行员的头部运动范围进行了仿真。同时考虑到飞行模拟器座舱环境空间对人体活动范围的限制,通过选取座舱面板区域的极限位置点对飞行员的头部运动范围加以环境约束,从而获得了更为准确和有效的头部运动范围。为了获得头部运动的静态和动态特性,在A320飞行模拟训练器中对四名飞行学员在飞行操作过程中的头部运动信息进行采集,包括头部的位置和姿态数据。通过实际采集到的头部运动位置数据验证了理论求解头部运动范围的可行性。运用数学统计分析方法和统计图形方法对采集的数据进行处理和分析,总结出头部运动在位置与姿态、速度和加速度特性方面的几个特点。最后,为了对头盔伺服系统的结构设计方案进行验证,需要以头部运动模型作为ADAMS虚拟样机中并联机构动力学模型的输入。因此在已有头部运动特性分析的基础上,对头部运动进行建模。然后采用卡尔曼滤波算法对头部运动进行预测,分别采用扩展卡尔曼滤波算法和交互式多模型算法在MATLAB中对预测效果进行了仿真。与扩展卡尔曼滤波算法相比,交互式多模型算法达到了较好的预测效果。