[發明專利]挖掘機模擬訓練平臺

無效

• 申請號: 201010123283.0
• 申請日: 2010-03-12
• 公開（公告）號: CN101789197A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 高勇;牛紅攀;王勝軍;辛濤;趙曉文;侯寶科;侯忠明;田新民;姚凱;齊勝利;盧剛
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍總后勤部建筑工程研究所
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于仿真模擬訓練設備，特別涉及挖掘機模擬訓練平臺。

技術背景

國內挖掘機模擬訓練平臺很少，主要以訓練學員左右手協調度為主，僅有簡易的仿真操縱裝置和單屏電腦顯示器，不含姿態控制，視角、姿態、復雜工況作業等與實際情況差距較大，具有以下不足之處，因此，遠遠不能滿足實際培訓的需求。

挖掘機作業時，左右手的協調度、力度非常重要。左右手不協調，將無法正常完成施工作業；力度不準確，則容易損傷油缸等機構，影響施工順利進行。如果模擬訓練平臺的操縱系統與真機不同，訓練出的協調度、力度將無法應用到真機操作中。

挖深溝、上下陡坡、回轉等作業時，必須具有和真機相同的寬大視角，否則由于視線限制將無法完成作業。

挖掘機真機作業時，經常會產生車體晃動、大傾斜角等情況，有時車體幾乎處于垂直、翻車的作業狀態。如果沒有與真機相同的姿態感受，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雜工況環境中的作業經驗。

自然災害發生時，爆破、塌方、滑坡、雪崩、洪水、夜間搶險等復雜工況隨時會發生，如果不能模擬與真機相同的施工條件，操縱人員將缺乏復雜工況的處置經驗，會給現場作業帶來很大的風險。

發明內容

本發明的目的在于發明一種能同時滿足上述四個條件的高仿真大視野挖掘機模擬訓練平臺，為挖掘機培訓提供一種高性能的模擬訓練設備。

本發明的技術方案實現如下：

挖掘機模擬訓練平臺采用的駕駛室為經過適當改造的挖掘機真機駕駛室，從而保證了擁有與真機相同的操縱系統；采用三臺豎置的寬屏顯示器組成顯示輸出平臺，從而保證了擁有與真機相同的視角；采用電動六自由度動感平臺(由六只電動缸通過虎克鉸支承，電動缸采用伺服電機驅動，與固定基座之間通過虎克鉸連接。計算機控制系統通過協調控制電動缸的行程，實現動感平臺六個自由度的運動，即笛卡爾坐標系內的三個平移運動和三個轉動運動)進行姿態控制，從而保證了擁有與真機相同的姿態感受；采用最先進的圖形引擎，模擬各種條件下的真實場景，從而保證了擁有與真機相同的施工環境。

由于采用上述方案，本挖掘機模擬訓練平臺將是一種技術含量高、訓練效果好的模擬訓練器材。該種帶六自由度姿態控制的高仿真大視野挖掘機模擬訓練平臺可真實再現各種工況作業環境，有助于提高挖掘機從業人員的訓練水平，積累作業經驗，掌握處理各種危險作業的方法和技巧，大幅提高訓練效率。

附圖說明

圖1是本發明的系統組成示意圖。

圖2是本發明的整體結構斜視圖。

圖3是本發明的整體結構側視圖。

下面結合附圖對本發明進行進一步的詳細說明。

具體實施方式

參照圖1、2、3所示，挖掘機模擬訓練平臺由駕駛室A，軟件平臺B，顯示輸出平臺C和姿態平臺D構成。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B的集中表現為一臺功能強大的電腦。顯示輸出平臺C有三種方案，可接單屏顯示器，三屏顯示器或三折環幕系統。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。姿態平臺D為電動六自由度動感平臺，它由姿態平臺下底座9，伺服電機8，電動缸7，姿態平臺上底座10和相應的控制系統組成。

軟件平臺B是整個系統的控制中心，駕駛室A的所有可操作部件均可產生相應的電信號，形成各種操作參數，經過駕駛室A內的一個控制器處理后，通過USB2.0接口傳遞到軟件平臺B，軟件平臺B處理后將同時完成三件事情，第一將適當的視頻信息(挖掘機操作場景及動作)輸出到顯示輸出平臺C上，第二將挖掘機的實時姿態控制參數通過TCP/IP接口傳遞到姿態平臺D，姿態平臺D經過自身的控制將駕駛室A以最短的時間調整到既定的姿態(此處的姿態包括加速度和位移，控制原理如下：軟件平臺B輸入期望動感運動參數，如橫搖運動。該運動參數傳輸給運動控制系統，控制系統通過運動學反解計算出六個電動缸7的運動參數即電動缸7位移量；然后，控制系統根據六支電動缸7運動參數和六個電動缸7的位移反饋量，驅動六個伺服電機8，實現六個電動缸7閉環位置控制，使六個電動缸7達到所要求的位移量，那么動感平臺也就達到了所期望的運動姿態)，第三將挖掘機的各種狀態參數顯示輸出到儀表2上，供操縱人員參考。

工作過程如下：

挖掘機模擬訓練平臺開啟后，姿態平臺D將自動調整到中位，顯示輸出平臺C顯示挖掘機訓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，選擇合適的訓練科目開始進行訓練。操縱人員坐在駕駛室A內操作三屏顯示器內的虛擬挖掘機進行相應的作業，能夠感受到真實的作業姿態、作業場景和作業任務。