CN101661676B - 塔式起重机操作模拟培训*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种塔式起重机操作模拟培训***，包括操作控制台、数据采集***、虚拟现实软件***、视景***、液压伺服联动座椅、PC机。通过控制操作控制台上的操作杆发出操作命令，数据采集***通过USB接口采集到这些操作命令，PC机根据这些操作命令驱动虚拟现实软件***，在视景***上显示塔式起重机的工作过程、工地周边方圆4km2的场景变化以及天气变化情况，同时，驱动液压伺服联动座椅模拟塔式起重机驾驶室在塔身上方±500mm范围内摆动情况。本发明是集机-电-液-自动化-虚拟现实技术于一体的塔式起重机操作模拟培训***，主动、实时地模拟塔式起重机的工作过程，具有操作真实、场景逼真的特点，专供塔式起重机驾驶员培训使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种操作模拟培训***，特别是一种塔式起重机操作模拟培训***，专供塔式起重机驾驶员培训使用。属于虚拟现实技术领域。
背景技术
建筑工地货物装卸、搬运是具有危险性的特种工作，塔式起重机驾驶员的操作直接影响到生命、财产的安全。所以，我国和欧美发达国家对塔式起重机驾驶员的培训进行了立法，规定新驾驶员必须到政府批准的培训中心参加培训，取得资格证书后方可从事此项工作。目前塔式起重机驾驶员的培训是通过师傅带徒弟的方式来完成的，这种传统的教授方式受人为因素的影响，存在着事故率高、培训时间长、培训内容欠规范、受天气条件的限制、效率低问题。随着现代科学技术的迅速发展和建筑施工水平及管理水平的提高，使利用计算机***对塔式起重机驾驶员进行高素质的驾驶培训成为可能。目前，我国尚没有塔式起重机操作模拟训练***。本发明提供了一种集机-电-液-自动化-虚拟现实技术于一体的塔式起重机操作模拟培训***，主动、实时地模拟塔式起重机的工作过程，用于塔式起重机驾驶员的操作模拟培训。
发明内容
本发明的目的是提供一种塔式起重机操作模拟培训***，主动、实时地模拟塔式起重机的变幅、回转、起升运动，再现起吊、运输、就位、空行程一个完整的工作过程，模拟在不同工况下由于惯性力、风载荷引起的驾驶室在塔身上方的摆动情况，用于塔式起重机驾驶员的操作模拟培训。本发明通过如下技术方案实现：
塔式起重机操作模拟培训***包括操作控制台、数据采集***、虚拟现实软件***、视景***、液压伺服联动座椅、PC机。学员通过控制操作控制台上的操作杆，向塔式起重机操作模拟培训***发出变幅、回转和起升运动操作命令，数据采集***通过USB接口采集到这些操作命令，PC机根据这些操作命令发出指令，分别驱动虚拟现实软件***，在视景***上显示塔式起重机的工作过程、工地周边方圆4km2的场景变化以及天气变化情况，同时驱动液压伺服联动座椅模拟塔式起重机在不同工况下由于惯性力、风载荷引起的驾驶室在塔身上方±500mm范围内的摆动情况。
操作控制台由紧固螺栓固定在横向运动支架上，操作控制台上安装了电源开关按钮、紧急刹车按钮、五档位的变幅和回转联动操作杆、五档位的升降操作杆，具有与真实塔式起重机一样的操作控制台和仪表盘。
PC机根据数据采集***采集到的操作电流信号判断塔式起重机的各种工况，向虚拟现实软件***和液压伺服***发出指令，驱动场景和液压伺服联动座椅运动。
虚拟现实软件***采用三维建模软件Multigen-Creator，建立塔式起重机的真实工作场景及其周边环境的模型，在VC++编辑环境中，用vega软件的API函数编程实现场景驱动。
视景***显示塔式起重机的工作过程、场景变化以及天气变化情况，使学员感受到直接作业场景。
液压伺服联动座椅是由两套液压伺服***驱动，横向液压伺服***附着在纵向液压伺服***上，两套液压伺服***分别驱动液压伺服联动座椅在水平面内沿着横向和纵向运动，模拟塔式起重机在变幅、回转、起升运动不同工况下由于惯性力和风载荷引起的驾驶室在塔身上方±500mm范围内的摆动。
本发明提供了一种集机-电-液-自动化-虚拟现实技术于一体的塔式起重机操作模拟培训***，能主动、实时地模拟塔式起重机的操作过程、工作过程、载荷摆动情况、驾驶室的摆动情况、场景变化情况、天气变化情况，具有操作真实、场景逼真、动感强劲的特点，不受天气条件的限制，培训内容规范，提高了培训的工作效率、安全性和可靠性。而且，采用PC机和支持3D功能显卡的视景***降低了***的成本。
附图说明
图1是塔式起重机操作模拟培训***示意图；
图2是塔式起重机操作模拟培训***主视图；
图3是塔式起重机操作模拟培训***右示图；
图4是液压***原理图。
图1塔式起重机操作模拟培训***示意图：1、操作控制台，2、数据采集***，3、视景***，4、PC机，5、液压伺服联动座椅。
图2塔式起重机操作模拟培训***主视图：6、横向运动液压缸，7、横向液压缸固定螺栓，8、横向液压缸连接螺栓，9、纵向运动导轨，10、纵向运动导轮，12、键，13、纵向运动轴，15、纵向运动轴承，16、纵向运动支架，17、横向运动导轮，18、横向运动支架，19、紧固螺栓，20、操作控制台，21、变幅和回转联动操作杆，22、座椅，23、起升操作杆，35、横向液压缸固定架。
图3塔式起重机操作模拟培训***右示图：11、横向运动轴，14、键，24、横向运动导轨，25、纵向液压缸连接螺栓，26、纵向液压缸固定螺栓，27、纵向运动液压缸，28、横向运动轴承，29、驾驶室外壳，36、纵向液压缸固定架。
图4液压***原理图：30、油箱，31、液压泵，32、溢流阀，33、换向阀，34、液压缸。
具体实施方式
在图1、图2、图3、图4中，塔式起重机操作模拟培训***包括操作控制台1、数据采集***2、视景***3、PC机4、液压伺服联动座椅5。
操作控制台1由紧固螺栓19固定在横向运动支架18上，操作控制台1上安装了电源开关按钮、紧急刹车按钮、五档位的变幅和回转联动操作杆21、五档位的升降操作杆23，具有与真实塔式起重机一样的操作控制台和仪表盘。在联动操作杆21和起升操作杆23的下端安装传感器，学员通过控制操作杆21、23连接传感器相应的触点，形成闭合回路，数据采集***2通过USB接口采集到操作杆21、23相应档位形成的电流信号。PC机4根据数据采集***2采集到的操作电流信号判断塔式起重机的各种工况，向虚拟现实软件***和液压伺服***发出指令，驱动场景和液压伺服联动座椅5运动。
虚拟现实软件***是根据塔式起重机的结构参数，以及通过实地测量建筑物的形状、尺寸及位置，采用三维建模软件Multigen-Creator，对塔式起重机进行实体建模，并创建塔式起重机的真实工作场景及其周边环境的模型，在vega的图形用户界面Lynx中将模型文件.flt加载，生成adf文件，在VC++编辑环境中，用vega软件的API函数编程实现场景驱动。模拟不同机型、不同参数的塔式起重机的变幅运动、回转运动、起升运动、货物的摆动及碰撞，模拟白天、黑夜、风、雨、雾、雪不同天气现象，使学员感受到直接作业场景。
视景***3与PC机4的显卡接口相连，采用支持3D功能的显卡。通过选择驾驶室内外视点，在视景***3上显示塔式起重机的变幅、回转、起升运动基本工况和合成运动工况，显示载荷的起吊、运输、就位、空行程一个完整的工作过程，显示载荷的摆动以及载荷碰撞检测，同时，还可以显示塔式起重机周边方圆4km2的场景，以及白天、黑夜、风、雨、雾、雪不同天气现象，使学员在视景***上看到通过控制操作杆21、23驱动塔式起重机运行的真实画面。
驾驶室29固定在塔身上方，由于变幅、回转、起升运动惯性力和风载荷的作用，使塔身产生弹性变形，驾驶室29在塔身上方摆动。起重机操作规范规定：在6级以及6级以上的大风天气停止一切吊装作业，本发明计算了1-5级风载荷，模拟在1-5级风的天气情况下，驾驶室的摆动情况。液压伺服联动座椅模拟塔式起重机在变幅、回转、起升运动不同工况下由于惯性力和风载荷引起的驾驶室29在塔身上方±500mm范围内的摆动。
液压伺服联动座椅5是由两套液压伺服***驱动，横向液压伺服***附着在纵向液压伺服***上，两套液压伺服***分别驱动座椅在水平面内沿着横向和纵向运动。液压***包括油箱30、液压泵31、溢流阀32、换向阀33、液压缸34。纵向运动液压缸27由纵向液压缸固定螺栓26固定在纵向液压缸固定架36上，纵向液压缸27通过纵向液压缸连接螺栓25连接在纵向运动支架16上，导轮10通过键12与纵向运动轴13连接，轴13的两端由纵向运动轴承15支撑，轴承15固定在纵向运动支架16上，纵向运动导轮10安装在纵向运动导轨9上。横向运动液压缸6由横向液压缸固定螺栓7固定在横向液压缸固定架35上，横向运动液压缸6通过横向液压缸连接螺栓8连接在横向运动支架18上，导轮17通过键14与横向运动轴11连接，轴11的两端由横向运动轴承28支撑，轴承28固定在横向运动支架18上，横向运动导轮17安装在横向运动导轨24上。
打开塔式起重机操作模拟培训***PC机4、操作控制台1上的电源开关、视景***3，学员左手控制联动操作杆21，右手控制起升操作杆23，选择不同的变幅、回转、起升运动档位，向塔式起重机发出变幅、回转、起升运动命令，数据采集***2通过USB接口采集到操作命令，PC机4根据采集到的操作命令判断塔式起重机的各种工况，向虚拟现实软件***发出指令，驱动视景***3显示塔式起重机的各种工况和工作场景。通过选择内外视点，在视景***3上显示塔式起重机的起吊、运输、就位、空行程一个完整的工作过程，显示载荷的摆动情况，实现载荷碰撞检测，还可以显示塔式起重机周边方圆4km2的场景，模拟白天、黑夜、风、雨、雾、雪不同天气现象，使学员感受到直接作业场景。液压伺服联动座椅的运动实施方式如下：
变幅运动实施方式。学员左手控制操作杆21，选择不同的变幅运动档位，向塔式起重机发出变幅运动命令，数据采集***2通过USB接口采集到操作命令，PC机4根据采集到的操作命令，计算塔式起重机驾驶室29由于变幅运动惯性力引起的纵向摆动幅值，向纵向液压伺服***发出运动指令，纵向运动液压缸27驱动纵向运动导轮10沿着纵向运动导轨9运动，模拟塔式起重机在变幅运动工况下由于惯性力引起的驾驶室在塔身上方的纵向摆动情况。
回转运动实施方式。学员左手控制操作杆21，选择不同回转运动档位，向塔式起重机发出回转运动命令，数据采集***2通过USB接口采集到操作命令，PC机4根据采集到的操作命令计算塔式起重机由于回转运动惯性力引起的驾驶室29横向摆动幅值，向横向液压伺服***发出运动指令，横向运动液压缸6驱动横向运动导轮17沿着横向运动导轨24运动，模拟塔式起重机在回转运动工况下由于惯性力引起的驾驶室在塔身上方横向摆动情况。
同时回转和变幅运动实施方式。学员左手控制操作杆21，选择不同的回转和变幅运动档位，向塔式起重机发出同时变幅和回转运动命令，数据采集***2通过USB接口采集到操作命令，PC机4根据采集到的操作命令计算由于回转和变幅运动惯性力引起的驾驶室29横向和纵向摆动幅值，向液压伺服联动座椅5发出运动指令，由横向运动液压缸6和纵向运动液压缸27分别驱动横向运动导轮24和纵向运动导轮10沿着横向运动导轨24和纵向运动导轨9运动，模拟塔式起重机在同时进行回转、变幅运动工况下由于惯性力引起的驾驶室29在塔身上方的摆动情况。
风载荷引起驾驶室摆动实施方式。在PC机4内存储了1-5级风载荷，以及1-5级风的天气情况下驾驶室29沿着横向和纵向的摆动幅值，向液压伺服联动座椅5发出运动指令，由横向运动液压缸6和纵向运动液压缸27分别驱动横向运动导轮24和纵向运动导轮10沿着横向运动导轨24和纵向运动导轨9运动，模拟风载荷引起的驾驶室摆动情况。
Claims (1)
1.塔式起重机操作模拟培训***，包括操作控制台、数据采集***、虚拟现实软件***、视景***、液压伺服联动座椅、PC机，操作控制台上安装了电源开关按钮、紧急刹车按钮、五档位的变幅和回转联动操作杆、五档位的升降操作杆，有与真实塔式起重机一样的操作控制台和仪表盘，学员通过控制操作控制台上的操作杆，向塔式起重机操作模拟培训***发出变幅、回转和起升运动操作命令，数据采集***通过USB接口采集到这些操作命令，PC机根据这些操作命令发出指令，驱动虚拟现实软件***，在视景***上显示塔式起重机的工作过程、工地周边方圆4km2的场景变化以及天气变化情况，其特征在于：PC机根据这些操作命令发出指令，驱动液压伺服联动座椅模拟塔式起重机在不同工况下由于惯性力、风载荷引起的驾驶室在塔身上方±500mm范围内的摆动情况，液压伺服联动座椅是由两套液压伺服***驱动，横向液压伺服***附着在纵向液压伺服***上，纵向运动液压缸由纵向液压缸固定螺栓固定在纵向液压缸固定架上，纵向运动液压缸通过纵向液压缸连接螺栓连接在纵向运动支架上，纵向运动导轮通过键与纵向运动轴连接，纵向运动轴的两端由纵向运动轴承支撑，纵向运动轴承固定在纵向运动支架上，纵向运动导轮安装在纵向运动导轨上，横向运动液压缸由横向液压缸固定螺栓固定在横向液压缸固定架上，横向运动液压缸通过横向液压缸连接螺栓连接在横向运动支架上，横向运动导轮通过键与横向运动轴连接，横向运动轴的两端由横向运动轴承支撑，横向运动轴承固定在横向运动支架上，横向运动导轮安装在横向运动导轨上，两套液压伺服***分别驱动液压伺服联动座椅在水平面内沿着横向和纵向运动，模拟塔式起重机在变幅、回转、起升运动不同工况下由于惯性力和风载荷引起的驾驶室在塔身上方的摆动情况。
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