CN113284231B - 一种基于多维信息的塔式起重机建模方法 - Google Patents

一种基于多维信息的塔式起重机建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多维信息的塔式起重机建模方法。包括：采用SolidWorks软件对塔式起重机中的静态零部件和动态零部件进行三维建模；根据塔式起重机中各个动态零部件的运动信息进行运动范围约束设置；根据塔式起重机中各个动态零部件的空间知识信息进行空间范围约束设置；根据塔中的运载能力信息进行运载重量约束设置；利用Java 3D技术生成大型塔式起重机的三维场景模型。本发明建模方法可以根据多维度知识信息建立更加全面的塔式起重机模型，更接近于真实的塔式起重机运行情况，便于培养出技术过硬的塔式起重机操作人员；可以为后期的虚拟现实和虚拟培训提供信息更加丰富的三维模型。

Description

一种基于多维信息的塔式起重机建模方法
技术领域
本发明属于三维培训***设计技术领域，涉及培训***中的三维建模技术，更具体地，涉及一种基于多维信息的塔式起重机的三维建模方法。
背景技术
目前，随着我国经济的高速发展，基建项目越来越多，在工地上塔式起重机是一种常见的建筑施工设备，其操作技术要求相对较高，如果操作人员对该设备操作不熟，容易发生人身伤亡和财产损失，如果能针对塔式起重机建立逼真的三维模型，就可以通过虚拟现实技术来进行操作人员的培训，提高操作人员的熟练度和操作技能。
公开号为CN 109376477A的中国专利公开了“一种塔式起重机防倾覆的仿真方法”，模拟仿真塔式起重机的运动,避免塔式起重机超负荷运行导致塔式起重机倾覆的问题,解决现场采集塔式起重机运动数据的困难。但是该技术仅仅考虑了塔式起重机的负荷运行，并没有考虑塔式起重机其他部件的运动知识信息和空间知识信息，其仿真的模型不能应对复杂的施工现场。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于多维信息的大型塔式起重机设备建模方法，其目的在于利用多维度信息建立大型塔式起重机三维模型，以便于模拟更加真实的塔式起重机操作场景，并进一步应用于塔式起重机操作人员的培训。
本发明通过以下技术方案实现：
基于多维信息的塔式起重机建模方法，包括以下步骤：
(1)采用SolidWorks软件对塔式起重机中的静态零部件和动态零部件进行三维建模；
进一步，所述的大型塔式起重机设备建模方法中步骤(1)包括如下子步骤：
(1.1)将塔式起重机的零部件分为动态零部件和静态零部件。其中动态零部件是在场景中能够运动的部件，而静态零部件是在场景中不发生运动的部件；
(1.2)分别采用SolidWorks软件对动态零部件和静态零部件进行外观形状三维建模。
(2)根据塔式起重机中各个动态零部件的运动信息进行运动范围约束设置；
进一步，所述的大型塔式起重机设备建模方法中步骤(2)包括如下子步骤：
(2.1)针对塔式起重机设备，将其中的起重臂、回转节、平衡臂和起重小车设定为动态零部件；
(2.2)根据起重臂、回转节和平衡臂的运动知识信息，将其转动角速度设定为ω，理论上起重臂、回转节和平衡臂具有相同的角速度；设定起重臂的臂长为Lq,平衡臂的臂长为Lp；
(2.3)根据起重小车的运动知识信息，将其运动的长度设定为h，并将起重小车的运行速度设定为Vt。
(3)根据塔式起重机中各个动态零部件的空间知识信息进行空间范围约束设置；
进一步，所述的大型塔式起重机设备建模方法中步骤(3)包括如下子步骤：
(3.1)针对塔式起重机周围障碍物信息，获取塔式起重机各个动态零部件的空间知识信息；
(3.2)针对起重臂和平衡臂周围的障碍物信息，约束其转动角度。假设起重臂与障碍物的距离为Zq,平衡臂与障碍物的距离为Zp,则起重臂和平衡臂的空间约束条件必须同时满足以下要求：
Figure BDA0003109901410000031
假设起重臂的旋转角速度为ω，转动时间为t，则起重臂和平衡臂的角度空间约束必须要同时满足以下要求：
Figure BDA0003109901410000032
其中，θ-p和θp分别为平衡臂的旋转角度上、下限；θ-q和θq分别为起重臂的旋转角度上、下限。
(3.3)针对起重小车及上端起重绳索周围的障碍物信息，约束起重绳索的长度h,则起重小车的空间约束必须满足以下条件：0<Vt·t<h。
(4)根据塔中的运载能力知识信息进行运载重量约束设置；
进一步，所述的大型塔式起重机设备建模方法中步骤(4)包括如下子步骤：
(4.1)获取起重小车的水平移动距离c和起重小车的运载重量m；
(4.2)根据该塔式起重机的运载重量信息，计算起重小车的水平移动距离与运载重量的关系：
Figure BDA0003109901410000041
(5)利用Java 3D技术生成大型塔式起重机的三维场景模型。
进一步，所述的大型塔式起重机设备建模方法中步骤(5)包括如下子步骤：
(5.1)将SolidWorks软件中建立的塔式起重机设备的模型文件导出为WRL(Virtual Reality Language)文件，在Java 3D中通过导入接口导入WRL文件；
(5.2)然后通过Transform Group对象和Transform 3D对象相结合来设置塔式起重机三维形态的坐标信息；
(5.3)再加入塔式起重机各动态零部件的运动范围约束、空间范围约束和运载重量约束，最后生成塔式起重机设备的三维场景模型。
本发明建模方法与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的这种大型塔式起重机设备建模方法，可以根据多维度知识信息建立更加全面的塔式起重机模型，更接近于真实的塔式起重机运行情况，便于培养出技术过硬的塔式起重机操作人员；
(2)本发明提供的这种大型塔式起重机设备建模方法，可以为后期的虚拟现实和虚拟培训提供信息更加丰富的三维模型。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于多维信息的大型塔式起重机设备建模方法示意图；
图中，1是塔身，2是起重臂，3是回转节，4是平衡臂，5是起重小车，c是小车横向运动长度，h是小车垂直运动长度，m是小车运载重量，θ是转动角度。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
结合附图。
如图1所示，本实施例提供了一种基于多维知识信息的大型塔式起重机设备建模方法示意图。
本例大型塔式起重机设备建模方法包括如下步骤：
(1)采用SolidWorks软件对塔式起重机中的静态零部件和动态零部件进行三维建模；
(1.1)将塔式起重机的零部件分为动态零部件和静态零部件。其中动态零部件是在场景中能够运动的，而静态零部件是在场景中能够运动的；
(1.2)分别才有SolidWorks软件对动态零部件和静态零部件进行外观形状三维建模。
(2)根据塔式起重机中各个动态零部件的运动信息进行运动范围约束设置；
进一步，所述的大型塔式起重机设备建模方法中步骤(2)包括如下子步骤：
(2.1)针对塔式起重机设备，将其中的起重臂、回转节、平衡臂和起重小车设定为动态零部件；
(2.2)根据起重臂、回转节和平衡臂的运动知识信息，将其转动角速度设定为ω，理论上起重臂、回转节和平衡臂具有相同的角速度。设定起重臂的臂长为Lq,平衡臂的臂长为Lp；
(2.3)根据起重小车的运动知识信息，将其运动的长度设定为h，并将起重小车的运行速度设定为vt。
(3)根据塔式起重机中各个动态零部件的空间知识信息进行空间范围约束设置；
进一步，所述的大型塔式起重机设备建模方法中步骤(3)包括如下子步骤：
(3.1)针对塔式起重机周围障碍物信息，获取塔式起重机各个动态零部件的空间知识信息；
(3.2)针对起重臂和平衡臂周围的障碍物信息，约束其转动角度。假设起重臂与障碍物的距离为Zq，平衡臂与障碍物的距离为Zp，则起重臂和平衡臂的空间约束条件必须同时满足以下要求：
Figure BDA0003109901410000061
假设起重臂的旋转角速度为ω，转动时间为t，则起重臂和平衡臂的角度空间约束必须要同时满足以下要求：
Figure BDA0003109901410000071
其中，θ-p和θp分别为平衡臂的旋转角度上、下限；θ-q和θq分别为起重臂的旋转角度上、下限。
(3.3)针对起重小车及上端起重绳索周围的障碍物信息，约束起重绳索的长度h,则起重小车的空间约束必须满足以下条件：0<Vt·t<h。
(4)根据塔中的运载能力知识信息进行运载重量约束设置；
进一步，所述的大型塔式起重机设备建模方法中步骤(4)包括如下子步骤：
(4.1)获取起重小车的水平移动距离c和起重小车的运载重量m；
(4.2)根据该塔式起重机的运载重量信息，计算起重小车的水平移动距离与运载重量的关系：
Figure BDA0003109901410000072
(5)利用Java 3D技术生成大型塔式起重机的三维场景模型；
(5.1)将SolidWorks软件中建立的塔式起重机设备的模型文件导出为WRL(Virtual Reality Language)文件，在Java 3D中通过导入接口导入WRL文件；
(5.2)然后通过Transform Group对象和Transform 3D对象相结合来设置塔式起重机三维形态的坐标信息；
(5.3)再加入塔式起重机各动态零部件的运动范围约束、空间范围约束和运载重量约束，最后生成塔式起重机设备的三维场景模型。

Claims (3)

1.一种基于多维信息的塔式起重机建模方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采用SolidWorks软件对塔式起重机中的静态零部件和动态零部件进行三维建模；
(2)根据塔式起重机中各个动态零部件的运动信息进行运动范围约束设置，包括：(2.1)针对塔式起重机设备，将其中的起重臂、回转节、平衡臂和起重小车设定为动态零部件；(2.2)根据起重臂、回转节和平衡臂的运动知识信息，将其转动角速度设定为ω，理论上起重臂、回转节和平衡臂具有相同的角速度；设定起重臂的臂长为Lq，平衡臂的臂长为Lp；(2.3)根据起重小车的运动知识信息，将其运动的长度设定为h，并将起重小车的运行速度设定为Vt；
(3)根据塔式起重机中各个动态零部件的空间知识信息进行空间范围约束设置，包括：(3.1)针对塔式起重机周围障碍物信息，获取塔式起重机各个动态零部件的空间知识信息；(3.2)针对起重臂和平衡臂周围的障碍物信息，约束其转动角度；假设起重臂与障碍物的距离为Zq，平衡臂与障碍物的距离为Zp，则起重臂和平衡臂的空间约束条件必须同时满足以下要求：
Figure FDA0004194284450000011
假设起重臂的旋转角速度为ω，转动时间为t，则起重臂和平衡臂的角度空间约束必须要同时满足以下要求：/>
Figure FDA0004194284450000012
其中，θ-p和θp分别为平衡臂的旋转角度上、下限；θ-q和θq分别为起重臂的旋转角度上、下限；(3.3)针对起重小车及上端起重绳索周围的障碍物信息，约束起重绳索的长度h,则起重小车的空间约束必须满足以下条件：0＜Vt·t＜h；
(4)根据塔中的运载能力信息进行运载重量约束设置；包括：(4.1)获取起重小车的水平移动距离c和起重小车的运载重量m；(4.2)根据该塔式起重机的运载重量信息，计算起重小车的水平移动距离与运载重量的关系：
Figure FDA0004194284450000021
(5)利用Java 3D技术生成大型塔式起重机的三维场景模型。
2.根据权利要求1所述的基于多维信息的塔式起重机建模方法，其特征在于：所述步骤(1)包括如下子步骤：
(1.1)将塔式起重机的零部件分为动态零部件和静态零部件；其中，动态零部件是在场景中可相对运动的部件，静态零部件是在场景中不发生相对运动的部件；
(1.2)分别采用SolidWorks软件对动态零部件和静态零部件进行外观形状三维建模。
3.根据权利要求2所述的基于多维信息的塔式起重机建模方法，其特征在于：所述步骤(5)包括如下子步骤：
(5.1)将SolidWorks软件中建立的塔式起重机设备的模型文件导出为WRL文件，在Java3D中通过导入接口导入WRL文件；
(5.2)然后通过Transform Group对象和Transform 3D对象相结合来设置塔式起重机三维形态的坐标信息；
(5.3)再加入塔式起重机各动态零部件的运动范围约束、空间范围约束和运载重量约束，最后生成塔式起重机设备的三维场景模型。
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塔式起重机虚拟操作培训***视景建模;徐书娟;脱建智;胡长涛;董明晓;宋现春;;山东建筑大学学报(第04期);全文 *

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