一种起重机操作的虚拟现实训练方法及模拟器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种起重机操作的虚拟现实训练方法及模拟器，包括以下步骤：控制器根据模拟驾驶操作室内的操作情况按照起重机的运动学和动力学模型计算出起重机的运行状态参数；设置Stewart空间六自由度运动平台的模拟精度，控制器将算出的起重机的运行状态参数转化为Stewart空间六自由度运动平台的驱动指令，并将该指令发送给Stewart空间六自由度运动平台，Stewart空间六自由度运动平台作出相应操作，以提供相应的实时运动状态。本发明能够用于港口岸边集装箱起重机、桥式抓斗起重机等起重机的操作培训，功能集成化程度高，虚拟画面空间层次感强，动态模拟效果真实，而且可以对训练环境进行参数化定制。
【专利说明】一种起重机操作的虚拟现实训练方法及模拟器
【技术领域】
[0001]本发明涉及起重机操作训练领域，具体涉及一种起重机操作的虚拟现实训练方法及模拟器。
【背景技术】
[0002]随着虚拟现实技术的快速发展，经过众多学者和实际应用者的共同努力，起重机培训模拟器也取得了长足发展。
[0003]一般的模拟器具有训练台(激振系统、驾驶室系统)、教员台(教练员系统、监视系统)和仿真模型(视觉系统、音响系统)3部分，是典型的半实物仿真训练器，要配置电控系统，整个教学模拟系统组成更复杂，仿真运动效果不够理想，虚拟环境也不够好，且价格高、故障多、可靠性低，缺乏推广价值。
[0004]总体而言，现今的起重机培训模拟器存在诸多问题，如功能集成化低，仿真运动效果不够理想，视觉效果不够理想，沉浸性较低，动态模拟效果不够真实等缺点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种起重机操作的虚拟现实训练方法及模拟器，解决现有技术中存在的上述问题。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种起重机操作的虚拟现实训练方法，包括以下步骤:
[0007]a.控制器根据模拟驾驶操作室内的操作情况按照起重机的运动学和动力学模型计算出起重机的运行状态参数；
[0008]b.设置Stewart空间六自由度运动平台的模拟精度，控制器将算出的起重机的运行状态参数转化为Stewart空间六自由度运动平台的驱动指令，并将该指令发送给Stewart空间六自由度运动平台，Stewart空间六自由度运动平台作出相应操作，以提供相应的实时运动状态。
[0009]进一步，还包括以下步骤:
[0010]投影系统对训练人员实时提供虚拟环境的视觉立体显示。
[0011]进一步，还包括以下步骤:
[0012]音响系统对训练人员实时提供虚拟环境的听觉效果。
[0013]进一步，还包括以下步骤:
[0014]管理系统将训练人员在操作训练时的运行状态参数储存起来建立数据库。
[0015]一种起重机操作的虚拟现实模拟器，包括驾驶操作室、Stewart空间六自由度运动平台、投影系统、音响系统、控制器和管理系统，所述驾驶操作室内设置有与真实起重机驾驶室内相同的环境及按钮，所述驾驶操作室、Stewart空间六自由度运动平台、管理系统、投影系统和音响系统均与所述控制器电连接，所述驾驶操作室设置在所述Stewart空间六自由度运动平台上；[0016]所述控制器用于根据所述模拟驾驶操作室内的操作情况按照起重机的运动学和动力学模型计算出起重机的运行状态参数，并根据设置的Stewart空间六自由度运动平台的模拟精度将计算出的起重机的运行状态参数转化为Stewart空间六自由度运动平台的驱动指令，并将该指令发送给Stewart空间六自由度运动平台。
[0017]进一步，所述投影系统用于对训练人员实时提供虚拟环境的视觉立体显示。
[0018]进一步，所述音响系统用于对训练人员实时提供虚拟环境的听觉效果。
[0019]进一步，所述管理系统用于将训练人员在操作训练时的运行状态参数储存起来建立数据库。
[0020]进一步，所述投影系统包括4台投影机和4个投影屏幕，所述4个投影屏幕分别设置在训练人员的四个视角，即一个正面视角，两个侧面视角和一个下面视角，所述4台投影机与所述4个投影屏幕一一对应。
[0021]进一步，所述4个投影屏幕分别为主屏幕、左屏幕、右屏幕和下屏幕，所述主屏幕的位置为正对所述驾驶操作室，并与所述驾驶操作室的距离为1200mm，所述左屏幕和右屏幕均与所述主屏幕的夹角均为105°，所述下屏幕与所述主屏幕的夹角为125°。
[0022]本发明的有益效果是:本发明提供了一种起重机操作的虚拟现实训练方法及模拟器，能够用于港口岸边集装箱起重机、门座起重机、集装箱堆场轮胎龙门起重机、桥式抓斗起重机、桥门式起重机等起重机的操作培训，功能集成化程度高，虚拟画面空间层次感强，动态模拟效果真实，而且可以对训练环境进行参数化定制。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明一种起重机操作的虚拟现实模拟器的电路框架示意图；
[0024]图2为本发明一种起重机操作的虚拟现实模拟器的示意图。
[0025]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0026]1、驾驶操作室，2、Stewart空间六自由度运动平台，3、左屏幕，4、下屏幕，5、主屏幕，6、右屏幕。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0028]一种起重机操作的虚拟现实训练方法及模拟器，包括以下步骤:
[0029]a.控制器根据模拟驾驶操作室内的操作情况按照起重机的运动学和动力学模型计算出起重机的运行状态参数；
[0030]b.设置Stewart空间六自由度运动平台的模拟精度，控制器将算出的起重机的运行状态参数转化为Stewart空间六自由度运动平台的驱动指令，并将该指令发送给Stewart空间六自由度运动平台，Stewart空间六自由度运动平台作出相应操作，以提供相应的实时运动状态。
[0031]c.投影系统对训练人员实时提供虚拟环境的视觉立体显示。
[0032]d.音响系统对训练人员实时提供虚拟环境的听觉效果。
[0033]e.管理系统将训练人员在操作训练时的运行状态参数储存起来建立数据库。[0034]如图1、图2所示，一种起重机操作的虚拟现实模拟器，包括驾驶操作室UStewart空间六自由度运动平台2、投影系统、音响系统、控制器和管理系统，所述驾驶操作室I内设置有与真实起重机驾驶室内相同的环境及按钮，有真实的操作联动台、司机座椅、操作手柄、开关、按钮、仪表、脚踏板、指示器等部件。所述驾驶操作室1、Stewart空间六自由度运动平台2、管理系统、投影系统和音响系统均与所述控制器电连接，所述驾驶操作室I设置在所述Stewart空间六自由度运动平台2上；
[0035]所述控制器用于根据所述模拟驾驶操作室内的操作情况按照起重机的运动学和动力学模型计算出起重机的运行状态参数，并根据设置的Stewart空间六自由度运动平台2的模拟精度将计算出的起重机的运行状态参数转化为Stewart空间六自由度运动平台2的驱动指令，并将该指令发送给Stewart空间六自由度运动平台2，进而产生与真实起重机工作状态相似的运动，控制器可以控制Stewart空间六自由度运动平台2的模拟精度；所述投影系统用于对训练人员实时提供虚拟环境的视觉立体显示。所述音响系统用于对训练人员实时提供虚拟环境的听觉效果。Stewart空间六自由度运动平台与投影系统及音响系统相配合，在培训过程中产生高度的沉浸感。所述管理系统用于将训练人员在操作训练时的运行状态参数储存起来建立数据库。
[0036]所述投影系统包括4台投影机和4个投影屏幕，所述4个投影屏幕分别设置在训练人员的四个视角，即一个正面视角，两个侧面视角和一个下面视角，所述4台投影机与所述4个投影屏幕一一对应。所述4个投影屏幕分别为主屏幕5、左屏幕3、右屏幕6和下屏幕4，所述主屏幕5的位置为正对所述驾驶操作室1，并与所述驾驶操作I的距离为1200mm，所述左屏幕3和右屏幕6均与所述主屏幕5的夹角均为105°，所述下屏幕4与所述主屏幕5的夹角为125°，投影系统可投影平面三维画面和立体3D画面，教师可根据需求进行投影画面的切换，训练人员戴上立体眼镜就可以观察到逼真的三位立体效果。
[0037]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种起重机操作的虚拟现实训练方法，其特征在于，包括以下步骤: a.控制器根据模拟驾驶操作室内的操作情况按照起重机的运动学和动力学模型计算出起重机的运行状态参数； b.设置Stewart空间六自由度运动平台的模拟精度，控制器将算出的起重机的运行状态参数转化为Stewart空间六自由度运动平台的驱动指令，并将该指令发送给Stewart空间六自由度运动平台，Stewart空间六自由度运动平台作出相应操作，以提供相应的实时运动状态。
2.根据权利要求1所述的一种起重机操作的虚拟现实训练方法，其特征在于，还包括以下步骤: 投影系统对训练人员实时提供虚拟环境的视觉立体显示。
3.根据权利要求1所述的一种起重机操作的虚拟现实训练方法，其特征在于，还包括以下步骤: 音响系统对训练人员实时提供虚拟环境的听觉效果。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种起重机操作的虚拟现实训练方法，其特征在于，还包括以下步骤: 管理系统将训练人员在操作训练时的运行状态参数储存起来建立数据库。
5.一种起重机操作的虚拟现实模拟器，其特征在于，包括驾驶操作室、Stewart空间六自由度运动平台、投影系统、音响系统、控制器和管理系统，所述驾驶操作室内设置有与真实起重机驾驶室内相同的环境及按钮，所述驾驶操作室、Stewart空间六自由度运动平台、管理系统、投影系统和音响系统均与所述控制器电连接，所述驾驶操作室设置在所述Stewart空间六自由度运动平台上； 所述控制器用于根据所述模拟驾驶操作室内的操作情况按照起重机的运动学和动力学模型计算出起重机的运行状态参数，并根据设置的Stewart空间六自由度运动平台的模拟精度将计算出的起重机的运行状态参数转化为Stewart空间六自由度运动平台的驱动指令，并将该指令发送给Stewart空间六自由度运动平台。
6.根据权利要求5所述的一种起重机操作的虚拟现实模拟器，其特征在于，所述投影系统用于对训练人员实时提供虚拟环境的视觉立体显示。
7.根据权利要求5所述的一种起重机操作的虚拟现实模拟器，其特征在于，所述音响系统用于对训练人员实时提供虚拟环境的听觉效果。
8.根据权利要求5所述的一种起重机操作的虚拟现实模拟器，其特征在于，所述管理系统用于将训练人员在操作训练时的运行状态参数储存起来建立数据库。
9.根据权利要求5至8任一所述的一种起重机操作的虚拟现实模拟器，其特征在于，所述投影系统包括4台投影机和4个投影屏幕，所述4个投影屏幕分别设置在训练人员的四个视角，即一个正面视角，两个侧面视角和一个下面视角，所述4台投影机与所述4个投影屏幕--对应。
10.根据权利要求9所述的一种起重机操作的虚拟现实模拟器，其特征在于，所述4个投影屏幕分别为主屏幕、左屏幕、右屏幕和下屏幕，所述主屏幕的位置为正对所述驾驶操作室，并与所述驾驶操作室的距离为1200_，所述左屏幕和右屏幕均与所述主屏幕的夹角均为105°，所述下屏幕与所述主屏幕的夹角为125°。
【文档编号】G09B9/00GK103531051SQ201310494690
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】余亮 申请人:武汉湾流新技术有限公司