专利名称：一种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法
技术领域：
本发明属于工程机械仿真设计领域，涉及ー种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法。
背景技术：
近几年来，我国石油化工、冶金和电カ建设等方面的快速、大型化地发展，刺激了对吊装设备的需求，伸縮式吊臂是汽车起重机的ー个重要的工作部件。吊装过程中，吊臂承担大荷载，吊臂产生挠度变形，将会影响起重机的工作性能及安全。目前挠度变形主要是采取激光仪等测试设备对桥式起重机主梁等关键设备的进行測量。吊臂的挠度变形仿真实现，影响着起重机吊装仿真的精度，是三维仿真过程的一个新兴的难题。国内研究吊装仿真方式，没有结合动力学或者有限元分析手段，这种吊装仿真过于理想化，而是采用动力学软件去分析，參数化、交互化的程度过低。国外的吊装仿真发展比较迅速,例德国Liebherr公司的Liccon系统和Manitowoc公司的Epic系统，这些系统均是自家公司研发的辅助吊装方案选择的工具，允许对自家公司生产的起重进行吊装方案选择，井能对选中的吊装方案进行简单的ニ维演示。由于它们只针对自家公司的产品进行开发，起重机的数据不是以数据库方式而是以普通文件方式存储，不具有开放性，因此该系统通用性不强。此外该系统只能进行ニ维显示和模拟，画面不够直观、逼真。在国内，大连理工大学工程机械研究中心与中国石化宁波工程有限公司运用3DSMAX制作逼真的三维吊装仿真动画，用以演示吊装作业效果和辅助吊装作业的制定。在三维虚拟环境下对吊装的仿真缺乏动力学或者有限元分析，吊装仿真过程是过于理想化的，未结合实际数据进行分析，或动力学的分析的仿真，參数化、交互化程度过低。寻求ー种更为通用、可进行參数化设置和人机交互程度高的吊装三维仿真方法是该领域研究的重要问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法，本发明的基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法能将复杂精密的原型简化为容易处理的简单模型，能真实反映吊装过程中的吊臂的挠度变化状況。 本发明的技术解决方案如下—种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法，包括计算起重机的吊臂中每ー节臂的挠度及转角，将该计算得到的挠度及转角加载到起重机模型中，完成基于虚拟现实的吊装伸缩臂挠度的仿真；仿真过程为利用求得的每节臂的转角，驱动所建模型中与转角对应的每节臂，每节臂的子节点产生联动，模拟吊装过程，并在图形界面中实时显示整个吊臂的挠度形变量。
I Zi-1 f jy "γ· _|_) λτ所述的挠度计算方法如下起重机的吊臂第i节臂的挠度_/； = f "dx，
I-Zixii取整数，从I开始；其中，I为工作时吊臂总长，该值为固定长度，Zi为各节臂臂头到吊臂尾铰点的距离；E为吊臂弹性模量，与材质有关的常量，Py为吊臂轴线方向的受力，Mm为转矩；Ixi为各节吊臂对X轴的惯性矩。所述吊臂轴线方向的受カPy的计算方法为Py = (Q+q) COS Θ + Y bGbcos θ ；其中Q为输入吊重载荷，q为吊钩与滑轮组重，Θ为吊臂与转台的夹角；Yb为吊臂自重
转换系数，Yb = Lzb/Ι，其中，Lzb为吊臂重心位置，
权利要求
1.一种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法，其特征在于，计算起重机的吊臂中每一节臂的挠度及转角，将该计算得到的挠度及转角加载到起重机模型中，完成基于虚拟现实的吊装伸缩臂挠度的仿真； 仿真过程为利用求得的每节臂的转角，驱动所建模型中与转角对应的每节臂，每节臂的子节点产生联动，模拟吊装过程，并在图形界面中实时显示整个吊臂的挠度形变量。
2.根据权利要求I所述的一种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法，其特征在于，所述的挠度计算方法如下起重机的吊臂第i节臂的挠度
3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法，其特征在于，所述吊臂轴线方向的受力Py的计算方法为Py = (Q+q) cos Θ + y bGbcos θ ；其中Q为输入吊重载荷，q为吊钩与滑轮组重，Θ为吊臂与转台的夹角；Yb为吊臂自重转换系数，Yb = Lzb/Ι,其中，Lzb为吊臂重心位置，
4.根据权利要求I所述一种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法，其特征在于，所述的起重机模型采用以下步骤搭建 .1)预处理从厂家获取起重机的原外观模型，在pro/e中对获得的原外观模型中每个部件进行收缩包络处理，包括填孔、忽略面组及忽略小曲面处理； .2)组装模型在pro/e中根据预处理步骤中获得的零件模型构建起重机外观模型，并依据起重机工作时各部件的工作特征，包括回转台的转动、油缸的伸缩和变幅、吊钩的起升和下降，吊臂的伸缩、变幅和回转，在预处理后的外观模型中添加起重机对应部件的驱动轴； 3)模型分类将组装后的外观模型按照起重机工作时部件间的联动关系，将其进行模块化分类，包括臂、吊钩、油缸、转台、腿、底盘以及组装模型步骤中添加的驱动轴模块； 4)数据格式转换利用DeepExploration软件，依据起重机原型，对模型中各部件设置模型材质信息，材质信息设置包括阴影、扩散、高光、放射及不透明度处理；接着将上述得到的数据 从.asm转换为VC++支持的.cpp数据，在得到的数据文件中获得模型中的点、面索弓丨、法线、材质以及材质索引信息； 5)在vc++运行环境中，输入上述得到的.cpp数据文件，调用OpenGLAPI工具绘制起重机模型； 6)进行节点设置将起重机的固定部分、转台、吊臂及油缸四个部分设为主节点，按照吊装结构顺序，依次设定吊臂中各节臂为对应前面臂的子节点，管理每个节点后面的所有子节点。
5.根据权利要求I所述一种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法，其特征在于，所述起重机模型搭建步骤2)中，对经过收缩包络后的起重机零件模型，若零件模型结构存在缝隙，则在pro/e中采用多个平面修补缝隙。
6.根据权利要求I所述一种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法，其特征在于，模拟吊装过程中，实时显示吊装物及吊臂的具体位置信息。
7.根据权利要求1-6任一项所述一种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法，其特征在于，起重机模型搭建后，获取实际吊装现场空间信息，将现场空间内起重机周围的物体绘制到起重机模型所在的场景中。
全文摘要
本发明公开了一种基于虚拟现实的汽车吊臂挠度的仿真方法，包括利用Pro/E软件建立起重机模型和环境模型，根据工况对挠度形变进行计算，对模型进行节点设置及管理，在起重机模型中将挠度形变添加至吊装过程中的起重机模型上，对起重机进行挠度驱动，使吊装仿真过程的起重机产生挠度形变，提高了吊装操作的仿真精度，对吊装方案的制定具有明显的指导意义，提高了实际操作吊装过程中的安全性能，避免了重复操作，加快了工作效率。
文档编号G05B17/02GK102662331SQ201210113409
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者何勇, 刘庆生, 吴敏, 周斌, 安剑奇, 林艺辉, 王巍, 魏风波 申请人:中南大学