6自由度姿态控制的挖掘机模拟训练平台设计.pdfVIP

学兔兔 6自由度姿态控制的 挖掘机模拟训练平台设计 高 勇，姚 凯，牛红攀，王胜军 (总后建筑工程研究所) 摘 要：针对现有挖掘机模拟训练存在的功能单一、技术含量低，视角、姿态、复杂工况作业等与实际情 况差距较大，不能够满足模拟训练需要的问题，创新设计了6自由度姿态控制的挖掘机模拟训练平台。首先 提出了模拟训练平台与真机具有相同的操纵系统、相同的视角、相同的姿态感受和相同的施工环境的设计要 求。通过采用3屏显示方案，实现了现实设备与真机具有相同的视区和视角；通过改装XCG230LC一8驾驶室 系统，设计的操控平台与真机具有相同的操作模式，最大限度地提高了操作训练水平；采用全电动6自由度 动感平台，具有在模拟的性能包线范围内给驾驶人员提供一定范围内姿态角变化的动感信息的能力，从而使 驾驶人员在同样环境下姿态感受与真机相同。 关键词：姿态控制：挖掘机；模拟训练；仿真 模拟训练具有风险小、投资少、训练成本低、训 转等作业时，必须具有和真机相同的宽大视角，否 练课目丰富、全面、易推广、仿真度高等诸多优点， 则无法完成作业； 广泛适用于各种工程机械、车辆、船舶、飞行器的模 3)与真机相同的姿态感受 挖掘机真机作业 拟训练、设计、娱乐等领域 。 时，经常会产生车体晃动、大倾斜角等情况，有时车 国外，瑞典沃尔沃公司和澳大利亚沉浸科技公 体几乎处于垂直、翻车的作业状态。如果没有与真机 司的挖掘机模拟训练平台居领先水平，均采用了宽 相同的姿态感受，就无法消除操纵人员心中的畏惧， 屏、力回馈、姿态调整等先进技术，可取代真机培 操纵人员无法积累在复杂工况环境中的作业经验； 训，但训练平台成本过高，同时，其训练课目有限， 4)与真机相同的施工环境 自然灾害发生时， 二次开发成本高。国内挖掘机模拟训练平台很少， 爆破、塌方、滑坡、雪崩、洪水、夜间抢险等复杂工况 主要以训练学员左右手协调度为主，仅有一套仿真 随时会发生，如果不能模拟与真机相同的施工条 操纵装置和单屏电脑显示器，视角、姿态、复杂工况 件，会给操纵人员现场作业带来很大的风险； 作业等与实际情况差距较大，不能够满足模拟训练 5)能监视受训者的操作过程 发现错误操作 需要。 及时给出警告，记录操作中存在的问题。 1 模拟训练平台要达到的要求 2 模拟训练平台系统总体构成 若要达到取代真机的模拟训练效果，模拟训练 系统主要由显示输出平台、软件平台、操控平 平台必需具有以下几个特点 】： 台、姿态平台4大部分组成，系统构成如图1所示。 1)与真机相同的操纵系统 挖掘机作业时，左 各组成部分说明如下。 右手协调度、力度非常重要。左右手不协调，无法正 显示输出平台：由显示输出设备、显示输出设 常完成施工作业，力度不准确，易损伤液压缸等机 备接口两部分组成。显示输出设备可选电脑液晶屏 构，影响施工顺利进行； 或环幕投影设备。显示输出设备接口可选专业的多 2)与真机相同的视角 挖深沟、上下陡坡、回 屏输出设备或支持多屏输出的电脑显卡。 作者简介：高勇(1977一)，男，湖南汉寿县人，工程师，硕士，研究方向：机械仿真模拟训练。 一 35— 学兔兔