一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法及模擬器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法及模擬器，包括以下步驟：控制器根據(jù)模擬駕駛操作室內(nèi)的操作情況按照起重機(jī)的運動學(xué)和動力學(xué)模型計算出起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)；設(shè)置Stewart空間六自由度運動平臺的模擬精度，控制器將算出的起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)化為Stewart空間六自由度運動平臺的驅(qū)動指令，并將該指令發(fā)送給Stewart空間六自由度運動平臺，Stewart空間六自由度運動平臺作出相應(yīng)操作，以提供相應(yīng)的實時運動狀態(tài)。本發(fā)明能夠用于港口岸邊集裝箱起重機(jī)、橋式抓斗起重機(jī)等起重機(jī)的操作培訓(xùn)，功能集成化程度高，虛擬畫面空間層次感強(qiáng)，動態(tài)模擬效果真實，而且可以對訓(xùn)練環(huán)境進(jìn)行參數(shù)化定制。
【專利說明】一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法及模擬器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及起重機(jī)操作訓(xùn)練領(lǐng)域，具體涉及一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法及模擬器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展，經(jīng)過眾多學(xué)者和實際應(yīng)用者的共同努力，起重機(jī)培訓(xùn)模擬器也取得了長足發(fā)展。
[0003]一般的模擬器具有訓(xùn)練臺(激振系統(tǒng)、駕駛室系統(tǒng))、教員臺(教練員系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng))和仿真模型(視覺系統(tǒng)、音響系統(tǒng))3部分，是典型的半實物仿真訓(xùn)練器，要配置電控系統(tǒng)，整個教學(xué)模擬系統(tǒng)組成更復(fù)雜，仿真運動效果不夠理想，虛擬環(huán)境也不夠好，且價格高、故障多、可靠性低，缺乏推廣價值。
[0004]總體而言，現(xiàn)今的起重機(jī)培訓(xùn)模擬器存在諸多問題，如功能集成化低，仿真運動效果不夠理想，視覺效果不夠理想，沉浸性較低，動態(tài)模擬效果不夠真實等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法及模擬器，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法，包括以下步驟:
[0007]a.控制器根據(jù)模擬駕駛操作室內(nèi)的操作情況按照起重機(jī)的運動學(xué)和動力學(xué)模型計算出起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)；
[0008]b.設(shè)置Stewart空間六自由度運動平臺的模擬精度，控制器將算出的起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)化為Stewart空間六自由度運動平臺的驅(qū)動指令，并將該指令發(fā)送給Stewart空間六自由度運動平臺，Stewart空間六自由度運動平臺作出相應(yīng)操作，以提供相應(yīng)的實時運動狀態(tài)。
[0009]進(jìn)一步，還包括以下步驟:
[0010]投影系統(tǒng)對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的視覺立體顯示。
[0011]進(jìn)一步，還包括以下步驟:
[0012]音響系統(tǒng)對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的聽覺效果。
[0013]進(jìn)一步，還包括以下步驟:
[0014]管理系統(tǒng)將訓(xùn)練人員在操作訓(xùn)練時的運行狀態(tài)參數(shù)儲存起來建立數(shù)據(jù)庫。
[0015]一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實模擬器，包括駕駛操作室、Stewart空間六自由度運動平臺、投影系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、控制器和管理系統(tǒng)，所述駕駛操作室內(nèi)設(shè)置有與真實起重機(jī)駕駛室內(nèi)相同的環(huán)境及按鈕，所述駕駛操作室、Stewart空間六自由度運動平臺、管理系統(tǒng)、投影系統(tǒng)和音響系統(tǒng)均與所述控制器電連接，所述駕駛操作室設(shè)置在所述Stewart空間六自由度運動平臺上；[0016]所述控制器用于根據(jù)所述模擬駕駛操作室內(nèi)的操作情況按照起重機(jī)的運動學(xué)和動力學(xué)模型計算出起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)設(shè)置的Stewart空間六自由度運動平臺的模擬精度將計算出的起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)化為Stewart空間六自由度運動平臺的驅(qū)動指令，并將該指令發(fā)送給Stewart空間六自由度運動平臺。
[0017]進(jìn)一步，所述投影系統(tǒng)用于對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的視覺立體顯示。
[0018]進(jìn)一步，所述音響系統(tǒng)用于對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的聽覺效果。
[0019]進(jìn)一步，所述管理系統(tǒng)用于將訓(xùn)練人員在操作訓(xùn)練時的運行狀態(tài)參數(shù)儲存起來建立數(shù)據(jù)庫。
[0020]進(jìn)一步，所述投影系統(tǒng)包括4臺投影機(jī)和4個投影屏幕，所述4個投影屏幕分別設(shè)置在訓(xùn)練人員的四個視角，即一個正面視角，兩個側(cè)面視角和一個下面視角，所述4臺投影機(jī)與所述4個投影屏幕一一對應(yīng)。
[0021]進(jìn)一步，所述4個投影屏幕分別為主屏幕、左屏幕、右屏幕和下屏幕，所述主屏幕的位置為正對所述駕駛操作室，并與所述駕駛操作室的距離為1200mm，所述左屏幕和右屏幕均與所述主屏幕的夾角均為105°，所述下屏幕與所述主屏幕的夾角為125°。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法及模擬器，能夠用于港口岸邊集裝箱起重機(jī)、門座起重機(jī)、集裝箱堆場輪胎龍門起重機(jī)、橋式抓斗起重機(jī)、橋門式起重機(jī)等起重機(jī)的操作培訓(xùn)，功能集成化程度高，虛擬畫面空間層次感強(qiáng)，動態(tài)模擬效果真實，而且可以對訓(xùn)練環(huán)境進(jìn)行參數(shù)化定制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實模擬器的電路框架示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實模擬器的示意圖。
[0025]附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下:
[0026]1、駕駛操作室，2、Stewart空間六自由度運動平臺，3、左屏幕，4、下屏幕，5、主屏幕，6、右屏幕。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0028]一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法及模擬器，包括以下步驟:
[0029]a.控制器根據(jù)模擬駕駛操作室內(nèi)的操作情況按照起重機(jī)的運動學(xué)和動力學(xué)模型計算出起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)；
[0030]b.設(shè)置Stewart空間六自由度運動平臺的模擬精度，控制器將算出的起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)化為Stewart空間六自由度運動平臺的驅(qū)動指令，并將該指令發(fā)送給Stewart空間六自由度運動平臺，Stewart空間六自由度運動平臺作出相應(yīng)操作，以提供相應(yīng)的實時運動狀態(tài)。
[0031]c.投影系統(tǒng)對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的視覺立體顯示。
[0032]d.音響系統(tǒng)對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的聽覺效果。
[0033]e.管理系統(tǒng)將訓(xùn)練人員在操作訓(xùn)練時的運行狀態(tài)參數(shù)儲存起來建立數(shù)據(jù)庫。[0034]如圖1、圖2所示，一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實模擬器，包括駕駛操作室UStewart空間六自由度運動平臺2、投影系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、控制器和管理系統(tǒng)，所述駕駛操作室I內(nèi)設(shè)置有與真實起重機(jī)駕駛室內(nèi)相同的環(huán)境及按鈕，有真實的操作聯(lián)動臺、司機(jī)座椅、操作手柄、開關(guān)、按鈕、儀表、腳踏板、指示器等部件。所述駕駛操作室1、Stewart空間六自由度運動平臺2、管理系統(tǒng)、投影系統(tǒng)和音響系統(tǒng)均與所述控制器電連接，所述駕駛操作室I設(shè)置在所述Stewart空間六自由度運動平臺2上；
[0035]所述控制器用于根據(jù)所述模擬駕駛操作室內(nèi)的操作情況按照起重機(jī)的運動學(xué)和動力學(xué)模型計算出起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)設(shè)置的Stewart空間六自由度運動平臺2的模擬精度將計算出的起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)化為Stewart空間六自由度運動平臺2的驅(qū)動指令，并將該指令發(fā)送給Stewart空間六自由度運動平臺2，進(jìn)而產(chǎn)生與真實起重機(jī)工作狀態(tài)相似的運動，控制器可以控制Stewart空間六自由度運動平臺2的模擬精度；所述投影系統(tǒng)用于對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的視覺立體顯示。所述音響系統(tǒng)用于對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的聽覺效果。Stewart空間六自由度運動平臺與投影系統(tǒng)及音響系統(tǒng)相配合，在培訓(xùn)過程中產(chǎn)生高度的沉浸感。所述管理系統(tǒng)用于將訓(xùn)練人員在操作訓(xùn)練時的運行狀態(tài)參數(shù)儲存起來建立數(shù)據(jù)庫。
[0036]所述投影系統(tǒng)包括4臺投影機(jī)和4個投影屏幕，所述4個投影屏幕分別設(shè)置在訓(xùn)練人員的四個視角，即一個正面視角，兩個側(cè)面視角和一個下面視角，所述4臺投影機(jī)與所述4個投影屏幕一一對應(yīng)。所述4個投影屏幕分別為主屏幕5、左屏幕3、右屏幕6和下屏幕4，所述主屏幕5的位置為正對所述駕駛操作室1，并與所述駕駛操作I的距離為1200mm，所述左屏幕3和右屏幕6均與所述主屏幕5的夾角均為105°，所述下屏幕4與所述主屏幕5的夾角為125°，投影系統(tǒng)可投影平面三維畫面和立體3D畫面，教師可根據(jù)需求進(jìn)行投影畫面的切換，訓(xùn)練人員戴上立體眼鏡就可以觀察到逼真的三位立體效果。
[0037]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法，其特征在于，包括以下步驟: a.控制器根據(jù)模擬駕駛操作室內(nèi)的操作情況按照起重機(jī)的運動學(xué)和動力學(xué)模型計算出起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)； b.設(shè)置Stewart空間六自由度運動平臺的模擬精度，控制器將算出的起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)化為Stewart空間六自由度運動平臺的驅(qū)動指令，并將該指令發(fā)送給Stewart空間六自由度運動平臺，Stewart空間六自由度運動平臺作出相應(yīng)操作，以提供相應(yīng)的實時運動狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法，其特征在于，還包括以下步驟: 投影系統(tǒng)對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的視覺立體顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法，其特征在于，還包括以下步驟: 音響系統(tǒng)對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的聽覺效果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練方法，其特征在于，還包括以下步驟: 管理系統(tǒng)將訓(xùn)練人員在操作訓(xùn)練時的運行狀態(tài)參數(shù)儲存起來建立數(shù)據(jù)庫。
5.一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實模擬器，其特征在于，包括駕駛操作室、Stewart空間六自由度運動平臺、投影系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、控制器和管理系統(tǒng)，所述駕駛操作室內(nèi)設(shè)置有與真實起重機(jī)駕駛室內(nèi)相同的環(huán)境及按鈕，所述駕駛操作室、Stewart空間六自由度運動平臺、管理系統(tǒng)、投影系統(tǒng)和音響系統(tǒng)均與所述控制器電連接，所述駕駛操作室設(shè)置在所述Stewart空間六自由度運動平臺上； 所述控制器用于根據(jù)所述模擬駕駛操作室內(nèi)的操作情況按照起重機(jī)的運動學(xué)和動力學(xué)模型計算出起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)設(shè)置的Stewart空間六自由度運動平臺的模擬精度將計算出的起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)化為Stewart空間六自由度運動平臺的驅(qū)動指令，并將該指令發(fā)送給Stewart空間六自由度運動平臺。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實模擬器，其特征在于，所述投影系統(tǒng)用于對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的視覺立體顯示。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實模擬器，其特征在于，所述音響系統(tǒng)用于對訓(xùn)練人員實時提供虛擬環(huán)境的聽覺效果。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實模擬器，其特征在于，所述管理系統(tǒng)用于將訓(xùn)練人員在操作訓(xùn)練時的運行狀態(tài)參數(shù)儲存起來建立數(shù)據(jù)庫。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8任一所述的一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實模擬器，其特征在于，所述投影系統(tǒng)包括4臺投影機(jī)和4個投影屏幕，所述4個投影屏幕分別設(shè)置在訓(xùn)練人員的四個視角，即一個正面視角，兩個側(cè)面視角和一個下面視角，所述4臺投影機(jī)與所述4個投影屏幕--對應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種起重機(jī)操作的虛擬現(xiàn)實模擬器，其特征在于，所述4個投影屏幕分別為主屏幕、左屏幕、右屏幕和下屏幕，所述主屏幕的位置為正對所述駕駛操作室，并與所述駕駛操作室的距離為1200_，所述左屏幕和右屏幕均與所述主屏幕的夾角均為105°，所述下屏幕與所述主屏幕的夾角為125°。
【文檔編號】G09B9/00GK103531051SQ201310494690
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】余亮 申請人:武漢灣流新技術(shù)有限公司