專利名稱：一種挖掘機(jī)模擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種挖掘機(jī)模擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)，屬模擬系統(tǒng)。是針對(duì)培訓(xùn)挖掘機(jī)駕駛員而 開(kāi)發(fā)的一種模擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)。技術(shù)背景挖掘機(jī)作為世界上用量最大的工程機(jī)械，已成為中國(guó)等許多國(guó)家重要的土方施工工 具。目前對(duì)駕駛學(xué)員的培訓(xùn)通常是在前期理論課結(jié)束后，就進(jìn)行實(shí)際上機(jī)操作訓(xùn)練，學(xué)習(xí) 駕駛操作技能、技巧。但挖掘機(jī)的各種操作技能、技巧是通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間實(shí)際上機(jī)訓(xùn)練才可以 熟練掌握的。這種訓(xùn)練方式存在著很多問(wèn)題，例如成本大、耗材高等缺點(diǎn)，在訓(xùn)練過(guò)程中 受到時(shí)間、條件的限制，造成學(xué)員不能熟練掌握挖掘機(jī)的操作技能、技巧，在以后的實(shí)際 工作中也帶來(lái)許多的安全隱患。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種挖掘機(jī)模擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)，用于挖掘機(jī)駕駛員在訓(xùn)練過(guò)程中模擬操作 學(xué)習(xí)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種挖齒機(jī)模擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)，包括模擬操作臺(tái)、傳感系統(tǒng) 或開(kāi)關(guān)、單片機(jī)、可編程控制器(由主板、主板電器處理單元、存儲(chǔ)單元組成)和圖像顯 示系統(tǒng)；模擬操作臺(tái)包括工作臺(tái)，安裝在工作臺(tái)上的模擬操作部件挖掘機(jī)左、右操作手 柄、左、右履帶行走踏板、操作桿、座椅、底座等，在各模擬操作部件下均安裝有傳感系 統(tǒng)或開(kāi)關(guān)，各傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)通過(guò)數(shù)據(jù)線與用于一級(jí)信號(hào)處理的單片機(jī)連接，將信號(hào)傳輸 給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)接口與用于二級(jí)信號(hào)處理的可編程控制器連接，可編程控制器通過(guò)數(shù)據(jù)線與顯示系統(tǒng)連接。模擬操作部件采用與真機(jī)相同的硬件設(shè)備；系統(tǒng)軟件包含挖 掘機(jī)模擬操作軟件系統(tǒng)，通過(guò)按鍵進(jìn)行選擇視角模式，從而進(jìn)行挖掘機(jī)課題的操作與學(xué)習(xí)； 軟件操作系統(tǒng)的視角采用駕駛室內(nèi)部視角模式和駕駛室外部視角模式兩種。學(xué)員在操作臺(tái)上操作，當(dāng)各種操作部件被操作時(shí)，會(huì)觸到所設(shè)置的傳感觸點(diǎn)或開(kāi)關(guān)， 該傳感觸點(diǎn)或開(kāi)關(guān)使所對(duì)應(yīng)的電路接通產(chǎn)生電流，傳遞給一級(jí)處理系統(tǒng)單片機(jī)，經(jīng)過(guò)信號(hào) 處理后采用數(shù)據(jù)線傳遞給可編程控制器，可編程控制器通過(guò)相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后獲得相關(guān) 動(dòng)作指令，然后通過(guò)數(shù)據(jù)接口再傳遞給圖象顯示系統(tǒng)，圖象顯示系統(tǒng)在視景數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出 對(duì)應(yīng)的視景，并生成模擬的工作環(huán)境場(chǎng)景，將同步圖形顯示在顯示系統(tǒng)上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以模擬挖掘機(jī)的各種作業(yè)課題、實(shí)際工作中的環(huán)境及任務(wù)等，增加學(xué)員的訓(xùn)練時(shí)間，在提高培訓(xùn)機(jī)構(gòu)教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，以20T型號(hào)挖掘機(jī)為例，培訓(xùn)成本約200元/小時(shí)，而一臺(tái)挖掘機(jī)模擬培訓(xùn)儀的培訓(xùn)成本僅僅1元/小時(shí)。
系統(tǒng)配合聲音、圖像、動(dòng)漫及互動(dòng)視景設(shè)備，培養(yǎng)學(xué)員在實(shí)際操縱挖掘機(jī)前，熟練掌
握挖掘機(jī)操作的技能和技巧。


下面結(jié)合附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 圖1是結(jié)構(gòu)示意圖2是操作臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖2中1、顯示系統(tǒng)，2、可編程控制器，3、數(shù)據(jù)線，4、單片機(jī)，5、左操作手柄， 6、萬(wàn)向節(jié)，7、球頭，8、連桿，9、工作臺(tái)，10、右操作手柄，11、左行走踏板，12、右 行走踏板，13、右行走操作桿，14、左行走操作桿，15、傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，該系統(tǒng)由模擬機(jī)操作部件、傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)、單片機(jī)、可編程控制器(由 主板、主板電器處理單元、存儲(chǔ)單元)和顯示系統(tǒng)組成。操作臺(tái)的動(dòng)作通過(guò)傳感系統(tǒng)或開(kāi) 關(guān)收集信號(hào)后，經(jīng)信號(hào)數(shù)據(jù)線傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后通過(guò)數(shù)據(jù)接口輸入可編程 控制器，可編程控制器經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后通過(guò)顯示系統(tǒng)將操作動(dòng)作顯示在屏幕上。
如圖2所示，操作臺(tái)由1、顯示系統(tǒng)，2、可編程控制器，3、數(shù)據(jù)線，4、單片機(jī)，5、 左操作手柄，6、萬(wàn)向節(jié)，7、球頭，8、連桿，9、工作臺(tái)，10、右操作手柄，11、左行走 踏板，12、右行走踏板，13、右行走操作桿，14、左行走操作桿，15、傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)組 成。
如圖1所示，系統(tǒng)具有可編程控制器、視景數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像生成器、圖像顯示系統(tǒng)、傳 感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)和安裝在操作臺(tái)上的操作部件；在左右操作手柄及左右行走 踏板下各裝有傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)來(lái)收集操作部件動(dòng)作產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)。在與左操縱手柄(5) 相連的傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)(15),通過(guò)電路觸點(diǎn)的連接，形成閉環(huán)電路，通過(guò)電流判斷左操 縱手柄的前后左右動(dòng)作方向；在與右操縱手柄(10)相連的傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)(15)，通過(guò) 電路觸點(diǎn)的連接，形成閉環(huán)電路，通過(guò)電流判斷右操縱手柄的前后左右動(dòng)作方向；在左行 走操縱桿(14)前后設(shè)置傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)(15)，通過(guò)電路觸點(diǎn)的連接，形成閉環(huán)電路， 通過(guò)電流判斷左行走手桿的動(dòng)作方向；在右行走操縱桿(13)前后設(shè)置傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān) (15)，通過(guò)電路觸點(diǎn)的連接，形成閉環(huán)電路，通過(guò)電流判斷右行走手桿的動(dòng)作方向。
打開(kāi)模擬器主電源開(kāi)關(guān)后'啟動(dòng)可編程控制器(由主板、主板電器處理單元、存儲(chǔ)單 元組成)和圖形顯示器，使采集整理的挖掘機(jī)工作時(shí)的動(dòng)作畫(huà)面同步顯示在屏幕上。
左操縱手柄5前后動(dòng)作對(duì)應(yīng)挖掘機(jī)動(dòng)臂開(kāi)、收動(dòng)作。手柄5向前推動(dòng)時(shí)，球頭7向下 運(yùn)動(dòng)，使傳感器或開(kāi)關(guān)接觸，輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)'經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳遞到可編程控制器，并進(jìn)行二級(jí)數(shù)據(jù)處理，最終在顯示系統(tǒng)上顯示完成動(dòng) 臂開(kāi)的動(dòng)作圖形；操作手柄5向后拉時(shí)，球頭7向上運(yùn)動(dòng)，使傳感器或開(kāi)關(guān)接觸，輸出信 號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳遞到可編程控制器， 并進(jìn)行二級(jí)數(shù)據(jù)處理，將相應(yīng)的動(dòng)臂收回的圖形顯示在顯示系統(tǒng)上。
左操縱手柄5左右動(dòng)作對(duì)應(yīng)挖掘機(jī)左、右旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。手柄5向左拉動(dòng)時(shí)，球頭7向左 運(yùn)動(dòng)，使傳感器或開(kāi)關(guān)接觸，輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理后， 通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳遞到可編程控制器，并進(jìn)行二級(jí)數(shù)據(jù)處理，在顯示系統(tǒng)上顯示完成左旋轉(zhuǎn) 的動(dòng)作圖形；操作手柄5向右拉動(dòng)時(shí)，球頭7向右運(yùn)動(dòng)，使傳感器或開(kāi)關(guān)接觸，輸出信號(hào) 通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳遞到可編程控制器，并 進(jìn)行二級(jí)數(shù)據(jù)處理，將相應(yīng)的右旋轉(zhuǎn)的圖形顯示在顯示系統(tǒng)上。
右操縱手柄10前后動(dòng)作對(duì)應(yīng)挖掘機(jī)大臂升、降動(dòng)作。手柄10向前拉動(dòng)時(shí)，球頭7 向下運(yùn)動(dòng)，使傳感器或開(kāi)關(guān)接觸，輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理 后，通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳遞到可編程控制器，并進(jìn)行二級(jí)數(shù)據(jù)處理，在顯示系統(tǒng)上顯示完成挖 掘機(jī)大臂降下的動(dòng)作圖形；操作手柄10向后拉動(dòng)時(shí)，球頭7向上運(yùn)動(dòng)，使傳感器或開(kāi)關(guān) 接觸，輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳遞到可 編程控制器，并進(jìn)行二級(jí)數(shù)據(jù)處理相應(yīng)的大臂升上的圖形顯示在顯示系統(tǒng)上。
右操縱手柄10左右動(dòng)作對(duì)應(yīng)挖掘機(jī)挖斗開(kāi)、收動(dòng)作。手柄10向左拉動(dòng)時(shí)，球頭7 向左運(yùn)動(dòng)，使傳感器或開(kāi)關(guān)接觸，輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理 后，通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳遞到可編程控制器，并進(jìn)行二級(jí)數(shù)據(jù)處理，在顯示系統(tǒng)上顯示完成挖 掘機(jī)挖斗收的動(dòng)作圖形；操作手柄10向右拉動(dòng)時(shí)，球頭7向右運(yùn)動(dòng)，使傳感器或開(kāi)關(guān)接 觸，輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳遞到可編 程控制器，并進(jìn)行二級(jí)數(shù)據(jù)處理，將相應(yīng)的挖斗開(kāi)的圖形顯示在顯示系統(tǒng)上。
左行走操作桿"前后動(dòng)作對(duì)應(yīng)挖掘機(jī)左邊履帶前后運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，手桿14向前拉動(dòng)時(shí)， 使傳感器或開(kāi)關(guān)接觸，輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理后，通過(guò)數(shù) 據(jù)接口傳遞到可編程控制器，并進(jìn)行二級(jí)數(shù)據(jù)處理，在顯示系統(tǒng)上顯示左履帶前駛的動(dòng)作 圖形；手桿14向后拉動(dòng)時(shí)，使傳感器或開(kāi)關(guān)接觸，輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)， 經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳遞到可編程控制器，并進(jìn)行二級(jí)數(shù)據(jù)處理'將相應(yīng) 的左履帶后駛的圖形顯示在顯示系統(tǒng)上。
右行走操作桿13前后動(dòng)作對(duì)應(yīng)挖掘機(jī)右邊履帶前后運(yùn)動(dòng)動(dòng)作'手桿13向前拉動(dòng)時(shí)' 使傳感器或幵關(guān)接觸，輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理后，通過(guò)數(shù) 據(jù)接口傳遞到可編程控制器，并進(jìn)行二級(jí)數(shù)據(jù)處理，在顯示系統(tǒng)上顯示右履帶前駛的動(dòng)作 圖形；手桿13向后拉動(dòng)時(shí)，使傳感器或開(kāi)關(guān)接觸，輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)一級(jí)信息處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳遞到可編程控制器，并迸行二級(jí)數(shù)據(jù)處理，將相應(yīng) 的右履帶后駛的圖形顯示在顯示系統(tǒng)上。
其他動(dòng)作手柄如上所述，所對(duì)應(yīng)操作動(dòng)作真實(shí)模擬實(shí)際設(shè)備運(yùn)行工作狀態(tài)，通過(guò)顯示 系統(tǒng)寬闊的直觀視野再現(xiàn)操作的真實(shí)性。
該模擬系統(tǒng)的軟件操作系統(tǒng)包含模擬操作室內(nèi)部和模擬操作室外部?jī)煞N操作視角豐莫式。
單片機(jī)也可以通過(guò)其它數(shù)據(jù)接口與可編程控制器(由主板、主板電器處理單元、存儲(chǔ) 單元組成)連接。
本發(fā)明也可以不使用可編程控制器(由主板、主板電器處理單元、存儲(chǔ)單元組成)， 通過(guò)在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)可編程控制器的功能；也可以不使用傳感系統(tǒng)來(lái)收集數(shù)據(jù)信息，采用 開(kāi)關(guān)收集數(shù)據(jù)信息。
本發(fā)明可編程控制器包括游戲機(jī)PS1、 PS2、 PS3。
權(quán)利要求
1、一種挖掘機(jī)模擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于包括模擬挖掘機(jī)操作各動(dòng)作的模擬操作臺(tái)；采集模擬挖掘機(jī)操作各動(dòng)作信號(hào)并傳輸給一級(jí)信號(hào)處理單片機(jī)的傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)；用于將模擬挖掘機(jī)操作各動(dòng)作信號(hào)進(jìn)行一級(jí)信號(hào)處理的單片機(jī)；用于二級(jí)信號(hào)處理的可編程控制器；顯示模擬工作環(huán)境圖形的圖像顯示系統(tǒng)；模擬操作臺(tái)上具有與真實(shí)挖掘機(jī)操作部件相同的模擬操作部件，具體包括工作臺(tái)(9)，安裝在工作臺(tái)(9)上的左操作手柄(5)、右操作手柄(10)、右行走操作桿(13)、左行走操作桿(14)；左操作手柄(5)和右操作手柄(10)上均有萬(wàn)向節(jié)(6)，萬(wàn)向節(jié)(6)上裝有傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)(15)；左行走操作桿(14)與左行走踏板(11)通過(guò)傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)(15)連接，右行走操作桿(13)與右行走踏板(12)通過(guò)傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)(15)連接；與左操縱手柄(5)相連的傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)(15)通過(guò)電路觸點(diǎn)的連接，形成閉環(huán)電路，通過(guò)電流判斷左操縱手柄的前后左右動(dòng)作方向；與右操縱手柄(10)相連的傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)(15)通過(guò)電路觸點(diǎn)的連接，形成閉環(huán)電路，通過(guò)電流判斷右操縱手柄的前后左右動(dòng)作方向；在左行走操作桿(14)前后設(shè)置傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)(15)，通過(guò)電路觸點(diǎn)的連接，形成閉環(huán)電路，通過(guò)電流判斷左行走操作桿的動(dòng)作方向；在右行走操作桿(13)前后設(shè)置傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)(15)，通過(guò)電路觸點(diǎn)的連接，形成閉環(huán)電路，通過(guò)電流判斷右行走操作桿的動(dòng)作方向。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種挖掘機(jī)模擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于操作系統(tǒng)的視 角采用駕駛室內(nèi)部視角模式和駕駛室外部視角模式兩種。
3、 如權(quán)利要求l所述的一種挖掘機(jī)模擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于單片機(jī)通過(guò)USB 接口或通過(guò)其它數(shù)據(jù)接口與可編程控制器連接。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種挖掘機(jī)模擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)還可以不使 用可編程控制器，通過(guò)在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)可編程控制器的功能。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種挖掘機(jī)模擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于可編程控制器包 括游戲機(jī)PS1、 PS2、 PS3。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種挖掘機(jī)模擬操作培訓(xùn)裝置，隸屬模擬系統(tǒng)。包括模擬操作部件、傳感系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)、可編程控制器、圖像顯示系統(tǒng)。各傳感器或開(kāi)關(guān)通過(guò)數(shù)據(jù)線與單片機(jī)連接，將信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)接口與可編程控制器連接，可編程控制器通過(guò)數(shù)據(jù)線與顯示系統(tǒng)連接。操作臺(tái)操作部件的動(dòng)作通過(guò)傳感器或開(kāi)關(guān)收集信號(hào)后，經(jīng)信號(hào)數(shù)據(jù)線傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后通過(guò)數(shù)據(jù)接口輸入可編程控制器，可編程控制器經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后通過(guò)顯示系統(tǒng)將操作動(dòng)作顯示在屏幕上。優(yōu)點(diǎn)可以模擬挖掘機(jī)的各種作業(yè)課題；逼真的工作環(huán)境、場(chǎng)地及任務(wù)；增加學(xué)員的訓(xùn)練時(shí)間，降低培訓(xùn)風(fēng)險(xiǎn)；在提高培訓(xùn)機(jī)構(gòu)教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)降低培訓(xùn)成本。
文檔編號(hào)G09B9/00GK101226695SQ200810018468
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日
發(fā)明者宏 李 申請(qǐng)人:宏 李