專利名稱：挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于仿真模擬訓(xùn)練設(shè)備，特別涉及挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)。 技術(shù)背景國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)很少，主要以訓(xùn)練學(xué)員左右手協(xié)調(diào)度為主，僅有簡(jiǎn)易 的仿真操縱裝置和單屏電腦顯示器，不含姿態(tài)控制，視角、姿態(tài)、復(fù)雜工況作業(yè)等與實(shí) 際情況差距較大，具有以下不足之處，因此，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際培訓(xùn)的需求。挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)，左右手的協(xié)調(diào)度、力度非常重要。左右手不協(xié)調(diào)，將無法正常 完成施工作業(yè)；力度不準(zhǔn)確，則容易損傷油缸等機(jī)構(gòu)，影響施工順利進(jìn)行。如果模擬訓(xùn) 練平臺(tái)的操縱系統(tǒng)與真機(jī)不同，訓(xùn)練出的協(xié)調(diào)度、力度將無法應(yīng)用到真機(jī)操作中。挖深溝、上下陡坡、回轉(zhuǎn)等作業(yè)時(shí)，必須具有和真機(jī)相同的寬大視角，否則由 于視線限制將無法完成作業(yè)。挖掘機(jī)真機(jī)作業(yè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生車體晃動(dòng)、大傾斜角等情況，有時(shí)車體幾乎處 于垂直、翻車的作業(yè)狀態(tài)。如果沒有與真機(jī)相同的姿態(tài)感受，就無法消除操縱人員心中 的畏懼，操縱人員將無法積累在復(fù)雜工況環(huán)境中的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)。自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，爆破、塌方、滑坡、雪崩、洪水、夜間搶險(xiǎn)等復(fù)雜工況隨時(shí) 會(huì)發(fā)生，如果不能模擬與真機(jī)相同的施工條件，操縱人員將缺乏復(fù)雜工況的處置經(jīng)驗(yàn)， 會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于發(fā)明一種能同時(shí)滿足上述四個(gè)條件的高仿真大視野挖掘 機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)，為挖掘機(jī)培訓(xùn)提供一種高性能的模擬訓(xùn)練設(shè)備。本實(shí)用新型的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)如下包括駕駛室，軟件平臺(tái)，顯示輸出平臺(tái)和姿態(tài)平臺(tái)，軟件平臺(tái)與駕駛室通過 USB線進(jìn)行連接，顯示輸出平臺(tái)與軟件平臺(tái)通過視頻信號(hào)線連接，單獨(dú)放置在駕駛室的 前方或固定安裝在駕駛室的駕駛室底板上，顯示輸出平臺(tái)為單屏顯示器、三屏顯示器或 三折環(huán)幕系統(tǒng)，姿態(tài)平臺(tái)為電動(dòng)六自由度動(dòng)感平臺(tái)，它與軟件平臺(tái)通過網(wǎng)線連接，與駕 駛室通過姿態(tài)平臺(tái)上底座剛性連接。顯示輸出平臺(tái)所用的顯示器是寬屏豎向放置。軟件平臺(tái)為裝有控制軟件的電腦。三屏顯示器包括顯示屏一，顯示屏二，顯示屏三，三個(gè)屏之間通過屏幕架連 接。挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)采用的駕駛室為經(jīng)過適當(dāng)改造的挖掘機(jī)真機(jī)駕駛室，從而 保證了擁有與真機(jī)相同的操縱系統(tǒng)；采用三臺(tái)豎置的寬屏顯示器組成顯示輸出平臺(tái)，從 而保證了擁有與真機(jī)相同的視角；采用電動(dòng)六自由度動(dòng)感平臺(tái)(由六只電動(dòng)缸通過虎克 鉸支承，電動(dòng)缸采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與固定基座之間通過虎克鉸連接。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)控制電動(dòng)缸的行程，實(shí)現(xiàn)動(dòng)感平臺(tái)六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，即笛卡爾坐標(biāo)系內(nèi)的三 個(gè)平移運(yùn)動(dòng)和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng))進(jìn)行姿態(tài)控制，從而保證了擁有與真機(jī)相同的姿態(tài)感受； 采用最先進(jìn)的圖形引擎，模擬各種條件下的真實(shí)場(chǎng)景，從而保證了擁有與真機(jī)相同的施 工環(huán)境。由于采用上述方案，本挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)將是一種技術(shù)含量高、訓(xùn)練效果好 的模擬訓(xùn)練器材。該種帶六自由度姿態(tài)控制的高仿真大視野挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)可真實(shí) 再現(xiàn)各種工況作業(yè)環(huán)境，有助于提高挖掘機(jī)從業(yè)人員的訓(xùn)練水平，積累作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，掌握 處理各種危險(xiǎn)作業(yè)的方法和技巧，大幅提高訓(xùn)練效率。

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成示意圖。圖2是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)斜視圖。圖3是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1、2、3所示，挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)由駕駛室A，軟件平臺(tái)B，顯示輸出 平臺(tái)C和姿態(tài)平臺(tái)D構(gòu)成。其中，駕駛室A由駕駛室底板6，駕駛室外圍5，座椅4， 左手工作裝置操作桿12，右手工作裝置操作桿3，左行走操作桿13，右行走操作桿1，以 及儀表2和安全鎖定桿11等組成。軟件平臺(tái)B的集中表現(xiàn)為一臺(tái)功能強(qiáng)大的電腦。顯 示輸出平臺(tái)C有三種方案，可接單屏顯示器，三屏顯示器或三折環(huán)幕系統(tǒng)。此處以采用 三屏顯示器方案為例，它由顯示屏一 0，顯示屏二 16，顯示屏三15，屏幕架14和連接桿 17組成。姿態(tài)平臺(tái)D為電動(dòng)六自由度動(dòng)感平臺(tái)，它由姿態(tài)平臺(tái)下底座9，伺服電機(jī)8， 電動(dòng)缸7，姿態(tài)平臺(tái)上底座10和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成。軟件平臺(tái)B是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，駕駛室A的所有可操作部件均可產(chǎn)生相應(yīng) 的電信號(hào)，形成各種操作參數(shù)，經(jīng)過駕駛室A內(nèi)的一個(gè)控制器處理后，通過USB2.0接口 傳遞到軟件平臺(tái)B，軟件平臺(tái)B處理后將同時(shí)完成三件事情，第一將適當(dāng)?shù)囊曨l信息(挖 掘機(jī)操作場(chǎng)景及動(dòng)作)輸出到顯示輸出平臺(tái)C上，第二將挖掘機(jī)的實(shí)時(shí)姿態(tài)控制參數(shù)通過 TCP/IP接口傳遞到姿態(tài)平臺(tái)D，姿態(tài)平臺(tái)D經(jīng)過自身的控制將駕駛室A以最短的時(shí)間調(diào) 整到既定的姿態(tài)(此處的姿態(tài)包括加速度和位移，控制原理如下軟件平臺(tái)B輸入期望 動(dòng)感運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如橫搖運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳輸給運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過運(yùn)動(dòng)學(xué)反 解計(jì)算出六個(gè)電動(dòng)缸7的運(yùn)動(dòng)參數(shù)即電動(dòng)缸7位移量；然后，控制系統(tǒng)根據(jù)六支電動(dòng)缸7 運(yùn)動(dòng)參數(shù)和六個(gè)電動(dòng)缸7的位移反饋量，驅(qū)動(dòng)六個(gè)伺服電機(jī)8，實(shí)現(xiàn)六個(gè)電動(dòng)缸7閉環(huán)位 置控制，使六個(gè)電動(dòng)缸7達(dá)到所要求的位移量，那么動(dòng)感平臺(tái)也就達(dá)到了所期望的運(yùn)動(dòng) 姿態(tài))，第三將挖掘機(jī)的各種狀態(tài)參數(shù)顯示輸出到儀表2上，供操縱人員參考。工作過程如下挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)開啟后，姿態(tài)平臺(tái)D將自動(dòng)調(diào)整到中位，顯示輸出平臺(tái)C 顯示挖掘機(jī)訓(xùn)練科目選擇操作界面，通過左手工作裝置操作桿12和右手工作裝置操作桿 3操作菜單，選擇合適的訓(xùn)練科目開始進(jìn)行訓(xùn)練。操縱人員坐在駕駛室A內(nèi)操作三屏顯示器內(nèi)的虛擬挖掘機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)，能夠感受到真實(shí)的作業(yè)姿態(tài)、作業(yè)場(chǎng)景和作業(yè)任務(wù)。
權(quán)利要求1.挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)，包括駕駛室(A)，軟件平臺(tái)(B)，顯示輸出平臺(tái)(C)和姿態(tài) 平臺(tái)(D)，其特征在于，軟件平臺(tái)(B)與駕駛室(A)通過USB線進(jìn)行連接，顯示輸出平 臺(tái)(C)與軟件平臺(tái)(B)通過視頻信號(hào)線連接，單獨(dú)放置在駕駛室(A)的前方或固定安裝 在駕駛室(A)的駕駛室底板(6)上，顯示輸出平臺(tái)(C)為單屏顯示器、三屏顯示器或三折 環(huán)幕系統(tǒng)，姿態(tài)平臺(tái)(D)為電動(dòng)六自由度動(dòng)感平臺(tái)，它與軟件平臺(tái)(B)通過網(wǎng)線連接， 與駕駛室(A)通過姿態(tài)平臺(tái)上底座(10)剛性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)，其特征在于，顯示輸出平臺(tái)(C)所用 的顯示器是寬屏豎向放置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)，其特征在于，軟件平臺(tái)(B)為裝有控 制軟件的電腦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)，其特征在于，三屏顯示器包括顯示屏 一(0)，顯示屏二(16)，顯示屏三(15)，三個(gè)屏之間通過屏幕架(14)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公布一種挖掘機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)，軟件平臺(tái)與駕駛室通過USB線進(jìn)行連接，顯示輸出平臺(tái)與軟件平臺(tái)通過視頻信號(hào)線連接，單獨(dú)放置在駕駛室的前方或固定安裝在駕駛室的駕駛室底板上，顯示輸出平臺(tái)為單屏顯示器、三屏顯示器或三折環(huán)幕系統(tǒng)，姿態(tài)平臺(tái)為電動(dòng)六自由度動(dòng)感平臺(tái)，它與軟件平臺(tái)通過網(wǎng)線連接，與駕駛室通過姿態(tài)平臺(tái)上底座剛性連接，它采用的駕駛室為經(jīng)過適當(dāng)改造的挖掘機(jī)真機(jī)駕駛室，從而保證了擁有與真機(jī)相同的操縱系統(tǒng)；采用三臺(tái)豎置的寬屏顯示器組成顯示輸出平臺(tái)，從而保證了擁有與真機(jī)相同的視角；采用電動(dòng)六自由度動(dòng)感平臺(tái)進(jìn)行姿態(tài)控制，從而保證了擁有與真機(jī)相同的姿態(tài)感受，大幅提高訓(xùn)練效率。
文檔編號(hào)G09B9/00GK201796514SQ20102013000
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者侯寶科, 侯忠明, 盧剛, 姚凱, 牛紅攀, 王勝軍, 田新民, 趙曉文, 辛濤, 高勇, 齊勝利 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總后勤部建筑工程研究所