[發(fā)明專利]一種工程機(jī)械姿態(tài)模擬方法及模擬裝置

在審

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• 申請日: 2022-07-18
• 公開（公告）號: CN115328213A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍新旺;韓田
• 申請（專利權(quán)）人: 石家莊開發(fā)區(qū)天遠(yuǎn)科技有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 北京盛凡佳華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11947
• 代理人: 湯鎮(zhèn)宇

1.一種工程機(jī)械姿態(tài)模擬方法，其特征在于，包括：

根據(jù)不同的工程機(jī)械的型號和尺寸，在模擬裝置的外部建立一個虛擬坐標(biāo)系，確定模擬裝置各部位的相對位置坐標(biāo)，相對位置與實(shí)際的工程機(jī)械相同；

根據(jù)預(yù)先在工程機(jī)械上安裝的空間角度傳感器測量繞虛擬坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度，或者人為確定空間旋轉(zhuǎn)角度；

根據(jù)模擬裝置的各處起始位置相對虛擬坐標(biāo)系的坐標(biāo)以及旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)計(jì)算，得出角度變化后的各點(diǎn)相對位置坐標(biāo)；

根據(jù)模擬裝置伸縮桿尾端安裝位置相對虛擬坐標(biāo)系的坐標(biāo)，以及角度變化前后伸縮桿頂端安裝位置相對虛擬坐標(biāo)系的坐標(biāo)，計(jì)算出角度變化前后伸縮桿的長度變化量，伸縮桿做出相應(yīng)變化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在模擬裝置的外部建立一個虛擬坐標(biāo)系，確定模擬裝置各部位的相對位置坐標(biāo)，包括：

選擇需要進(jìn)行姿態(tài)模擬的工程機(jī)械的型號，以工程機(jī)械的運(yùn)動中心為原點(diǎn)，建立第一直角坐標(biāo)系，采用左手系原則，工程機(jī)械主運(yùn)動方向?yàn)閆軸，豎直方向向上為Y軸；

將操作人員應(yīng)該乘坐的位置在第一直角坐標(biāo)系中標(biāo)出；

在模擬裝置上人為設(shè)定一個點(diǎn)，作為模擬裝置上人員乘坐的重心位置，并以該點(diǎn)建立第二直角坐標(biāo)系，采用左手系原則，操作人員主要查看方向?yàn)閆’軸，豎直方向向上為Y’軸；

將每根伸縮桿與運(yùn)動平臺的連接位置在第二直角坐標(biāo)系中標(biāo)出；

將第二直角坐標(biāo)系疊加在第一直角坐標(biāo)系中，X方向與X’方向相同且平行，Y方向與Y’方向相同且平行，Z方向與Z’方向相同且平行，操作人員乘坐的點(diǎn)重合，并將第二直角坐標(biāo)系中伸縮桿對應(yīng)點(diǎn)轉(zhuǎn)化至第一直角坐標(biāo)系中。

3.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)模擬裝置的各處起始位置相對虛擬坐標(biāo)系的坐標(biāo)以及旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)計(jì)算，得出角度變化后的各點(diǎn)相對位置坐標(biāo)，包括：

將模擬裝置的每根伸縮桿的上端連接位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為列向量；

將模擬裝置伸縮桿上端連接位置坐標(biāo)的列向量右乘繞坐標(biāo)圓點(diǎn)的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)矩陣得到運(yùn)動后的每根伸縮桿連接位置坐標(biāo)。

4.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)預(yù)先在工程機(jī)械上安裝的空間角度傳感器測量繞虛擬坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度，或者人為確定空間旋轉(zhuǎn)角度的過程中，旋轉(zhuǎn)自由度小于3個的模擬裝置內(nèi)，一個或多個旋轉(zhuǎn)角度恒為0。

5.一種工程機(jī)械姿態(tài)模擬裝置，其特征在于，包括：

運(yùn)動平臺、伸縮桿、底座；

所述底座上鉸接連接有三根所述伸縮桿，三根所述伸縮桿下端鉸接軸的軸線與同一個圓相切，每根所述伸縮桿的上端連接有萬向連接器，三個所述萬向連接器共同連接有所述運(yùn)動平臺，三個所述萬向連接器的固定位置在同一圓環(huán)上，且三個所述萬向連接器所在圓環(huán)的圓心與三個所述伸縮桿下端所在圓的圓心在垂直于地面的同一根軸線上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種工程機(jī)械姿態(tài)模擬裝置，其特征在于：

所述底座上具有三組共六個帶座軸承，所述帶座軸承固定在所述底座上，每組所述帶座軸承的軸線均相切于同一個圓環(huán)，每組所述帶座軸承共同活動夾持有一個所述伸縮桿。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種工程機(jī)械姿態(tài)模擬裝置，其特征在于：

所述萬向連接器選擇為萬向節(jié)、虎克鉸或球頭關(guān)節(jié)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種工程機(jī)械姿態(tài)模擬裝置，其特征在于：

所述萬向連接器與所述運(yùn)動平臺的連接位置處，所述運(yùn)動平臺在此位置的高度要高于所述運(yùn)動平臺在其它位置的高度。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種工程機(jī)械姿態(tài)模擬裝置，其特征在于：

所述伸縮桿為電動伸縮缸。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種工程機(jī)械姿態(tài)模擬裝置，其特征在于，包括：

輸入模塊，用于人工輸入虛擬坐標(biāo)系的位置，和伸縮桿、操作人員的坐標(biāo)點(diǎn)位，也用于人工或者自動輸入實(shí)時繞各個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度；

數(shù)據(jù)處理模塊，根據(jù)虛擬坐標(biāo)系、坐標(biāo)點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)行計(jì)算，得到運(yùn)動變換后的伸縮桿運(yùn)動點(diǎn)位，以及伸縮桿運(yùn)動長度變化量；

驅(qū)動模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)處理模塊處理的信息，驅(qū)動伸縮桿做出相應(yīng)的運(yùn)動。