[發明專利]一種起重機模擬器體感模擬方法與裝置

有效

• 申請號: 201610860120.8
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106327945B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 陸后軍;郭貴輝;萇道方;胡繼寶;林丹萍
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G09B9/04
• 分類號: G09B9/04
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 陳偉勇

本發明公開一種起重機模擬器體感模擬方法與裝置。所述方法包括閉環模擬步驟、物理量輸入輸出步驟、以及模糊PID控制步驟，用于在有限行程和工作空間內模擬起重機作業過程中大車、小車等行走機構產生的運動感覺，具體是指：能夠模擬出與真實起重機相一致的瞬時加速度、持續加速度等運動感覺。所述裝置為三自由度并聯結構，包括大車橫向運動，小車縱向運動以及小車傾斜補償旋轉運動。基于人體運動感知理論，通過對輸入信號處理，能夠有效解決起重機模擬操作過程中體感模擬的加速、減速、回中等問題。本發明有利于增加起重機模擬器的逼真度，能夠滿足有限行程和工作空間內模擬運動感覺的要求，對于提高模擬器質量、水平具有重要的應用價值。

技術領域

本發明涉及起重機模擬，具體的是一種適用于起重機模擬器三自由度運動平臺的體感模擬方法。

背景技術

三自由度并聯結構，可以通過對驅動設備的控制，完成空間橫向、縱向的直線運動和設定角度的旋轉運動。運動平臺主要應用于模擬器的體感模擬，在有限行程和工作空間內模擬起重機作業過程中大車、小車等行走機構產生的體感。目前，運動平臺技術廣泛的應用于飛行模擬器、環境模擬器等模擬器中，提高模擬的逼真效果。但現有的運動平臺在起重機領域的應用較少，且功能不符合起重機模擬要求，以Stewart六自由度運動平臺為例，該運動平臺價格高，系統復雜，并且往往需要進一步改進才能滿足體感模擬需求，在自由度要求少的模擬器中還會產生功能浪費。而三自由度運動平臺可以滿起重機模擬器的仿真要求，其簡單的機械結構，便于對運動平臺位姿正解的求解，提高了運動控制的準確性和穩定性。

另外，起重機模擬器運動平臺主要應用于駕駛員體感的模擬，與模擬器的視景系統、音頻系統及模擬器操作平臺的環境布置形成一個閉環系統，達到逼真的模擬效果。通過分析運動平臺的運動功能及運動參數，現有的控制算法不符合起重機模擬器運動平臺的控制。本發明根據運動平臺機械結構，對運動平臺進行洗出算法設計，并在控制過程采用反饋調節的方式優化控制環節參數，使運動平臺在現有的空間內達到更逼真的模擬效果，提高運動平臺的穩定性。

中國申請號為201410631816.4的發明專利公布了一種三自由度運動平臺，結構簡單，穩定性好。但該運動平臺一方面視野范圍小，不符合起重機作業環境需求，另一方面，只能滿足一定角度的旋轉運動，難以滿足起重機模擬器的瞬間加速度要求；中國申請號為201510031178.7的發明專利公布了一種多層閉環控制策略的Stewart六自由度運動平臺飛行模擬平臺，通過多層閉環控制，避免了安裝、機構變形等因素造成的誤差，但是該方法由于裝置限制，控制復雜，且主要針對航空領域進行設計，不符合起重機模擬器功能要求。

本發明根據真實起重機工作特點對運動平臺進行設計，并根據運動平臺的機械結構設計的洗出算法，機構的運動直接模擬起重機的瞬時加速度。通過傾斜角度來進行持續加速度的模擬。本發明中運動平臺的并聯結構，簡化了運動平臺的控制復雜度，各機構單獨運動，互不干涉，避免了單驅動設備誤差所造成的累積誤差，提高了運動平臺的位置精度，有重要的經濟價值和科學意義。

發明內容

本文針對起重機模擬器，設計了一種并聯三自由度運動平臺，改進了運動平臺的控制模型，使運動平臺能夠滿足起重機模擬器的控制需求。本文所公布的運動平臺，根據真實起重機的運動方式和運動參數進行設計。表1為運動平臺設計所選取的起重機運動參數。

表1