专利名称：挖掘机模拟训练平台的制作方法
技术领域：
本实用新型属于仿真模拟训练设备，特别涉及挖掘机模拟训练平台。 技术背景国内挖掘机模拟训练平台很少，主要以训练学员左右手协调度为主，仅有简易 的仿真操纵装置和单屏电脑显示器，不含姿态控制，视角、姿态、复杂工况作业等与实 际情况差距较大，具有以下不足之处，因此，远远不能满足实际培训的需求。挖掘机作业时，左右手的协调度、力度非常重要。左右手不协调，将无法正常 完成施工作业；力度不准确，则容易损伤油缸等机构，影响施工顺利进行。如果模拟训 练平台的操纵系统与真机不同，训练出的协调度、力度将无法应用到真机操作中。挖深沟、上下陡坡、回转等作业时，必须具有和真机相同的宽大视角，否则由 于视线限制将无法完成作业。挖掘机真机作业时，经常会产生车体晃动、大倾斜角等情况，有时车体几乎处 于垂直、翻车的作业状态。如果没有与真机相同的姿态感受，就无法消除操纵人员心中 的畏惧，操纵人员将无法积累在复杂工况环境中的作业经验。自然灾害发生时，爆破、塌方、滑坡、雪崩、洪水、夜间抢险等复杂工况随时 会发生，如果不能模拟与真机相同的施工条件，操纵人员将缺乏复杂工况的处置经验， 会给现场作业带来很大的风险。
发明内容本实用新型的目的在于发明一种能同时满足上述四个条件的高仿真大视野挖掘 机模拟训练平台，为挖掘机培训提供一种高性能的模拟训练设备。本实用新型的技术方案实现如下包括驾驶室，软件平台，显示输出平台和姿态平台，软件平台与驾驶室通过 USB线进行连接，显示输出平台与软件平台通过视频信号线连接，单独放置在驾驶室的 前方或固定安装在驾驶室的驾驶室底板上，显示输出平台为单屏显示器、三屏显示器或 三折环幕系统，姿态平台为电动六自由度动感平台，它与软件平台通过网线连接，与驾 驶室通过姿态平台上底座刚性连接。显示输出平台所用的显示器是宽屏竖向放置。软件平台为装有控制软件的电脑。三屏显示器包括显示屏一，显示屏二，显示屏三，三个屏之间通过屏幕架连 接。挖掘机模拟训练平台采用的驾驶室为经过适当改造的挖掘机真机驾驶室，从而 保证了拥有与真机相同的操纵系统；采用三台竖置的宽屏显示器组成显示输出平台，从 而保证了拥有与真机相同的视角；采用电动六自由度动感平台(由六只电动缸通过虎克 铰支承，电动缸采用伺服电机驱动，与固定基座之间通过虎克铰连接。计算机控制系统通过协调控制电动缸的行程，实现动感平台六个自由度的运动，即笛卡尔坐标系内的三 个平移运动和三个转动运动)进行姿态控制，从而保证了拥有与真机相同的姿态感受； 采用最先进的图形引擎，模拟各种条件下的真实场景，从而保证了拥有与真机相同的施 工环境。由于采用上述方案，本挖掘机模拟训练平台将是一种技术含量高、训练效果好 的模拟训练器材。该种带六自由度姿态控制的高仿真大视野挖掘机模拟训练平台可真实 再现各种工况作业环境，有助于提高挖掘机从业人员的训练水平，积累作业经验，掌握 处理各种危险作业的方法和技巧，大幅提高训练效率。
图1是本实用新型的系统组成示意图。图2是本实用新型的整体结构斜视图。图3是本实用新型的整体结构侧视图。
以下结合附图对本实用新型进行进一步的详细说明。
具体实施方式
参照图1、2、3所示，挖掘机模拟训练平台由驾驶室A，软件平台B，显示输出 平台C和姿态平台D构成。其中，驾驶室A由驾驶室底板6，驾驶室外围5，座椅4， 左手工作装置操作杆12，右手工作装置操作杆3，左行走操作杆13，右行走操作杆1，以 及仪表2和安全锁定杆11等组成。软件平台B的集中表现为一台功能强大的电脑。显 示输出平台C有三种方案，可接单屏显示器，三屏显示器或三折环幕系统。此处以采用 三屏显示器方案为例，它由显示屏一 0，显示屏二 16，显示屏三15，屏幕架14和连接杆 17组成。姿态平台D为电动六自由度动感平台，它由姿态平台下底座9，伺服电机8， 电动缸7，姿态平台上底座10和相应的控制系统组成。软件平台B是整个系统的控制中心，驾驶室A的所有可操作部件均可产生相应 的电信号，形成各种操作参数，经过驾驶室A内的一个控制器处理后，通过USB2.0接口 传递到软件平台B，软件平台B处理后将同时完成三件事情，第一将适当的视频信息(挖 掘机操作场景及动作)输出到显示输出平台C上，第二将挖掘机的实时姿态控制参数通过 TCP/IP接口传递到姿态平台D，姿态平台D经过自身的控制将驾驶室A以最短的时间调 整到既定的姿态(此处的姿态包括加速度和位移，控制原理如下软件平台B输入期望 动感运动参数，如横摇运动。该运动参数传输给运动控制系统，控制系统通过运动学反 解计算出六个电动缸7的运动参数即电动缸7位移量；然后，控制系统根据六支电动缸7 运动参数和六个电动缸7的位移反馈量，驱动六个伺服电机8，实现六个电动缸7闭环位 置控制，使六个电动缸7达到所要求的位移量，那么动感平台也就达到了所期望的运动 姿态)，第三将挖掘机的各种状态参数显示输出到仪表2上，供操纵人员参考。工作过程如下挖掘机模拟训练平台开启后，姿态平台D将自动调整到中位，显示输出平台C 显示挖掘机训练科目选择操作界面，通过左手工作装置操作杆12和右手工作装置操作杆 3操作菜单，选择合适的训练科目开始进行训练。操纵人员坐在驾驶室A内操作三屏显示器内的虚拟挖掘机进行相应的作业，能够感受到真实的作业姿态、作业场景和作业任务。
权利要求1.挖掘机模拟训练平台，包括驾驶室(A)，软件平台(B)，显示输出平台(C)和姿态 平台(D)，其特征在于，软件平台(B)与驾驶室(A)通过USB线进行连接，显示输出平 台(C)与软件平台(B)通过视频信号线连接，单独放置在驾驶室(A)的前方或固定安装 在驾驶室(A)的驾驶室底板(6)上，显示输出平台(C)为单屏显示器、三屏显示器或三折 环幕系统，姿态平台(D)为电动六自由度动感平台，它与软件平台(B)通过网线连接， 与驾驶室(A)通过姿态平台上底座(10)刚性连接。
2.根据权利要求1所述的挖掘机模拟训练平台，其特征在于，显示输出平台(C)所用 的显示器是宽屏竖向放置。
3.根据权利要求1所述的挖掘机模拟训练平台，其特征在于，软件平台(B)为装有控 制软件的电脑。
4.根据权利要求1所述的挖掘机模拟训练平台，其特征在于，三屏显示器包括显示屏 一(0)，显示屏二(16)，显示屏三(15)，三个屏之间通过屏幕架(14)连接。
专利摘要本实用新型公布一种挖掘机模拟训练平台，软件平台与驾驶室通过USB线进行连接，显示输出平台与软件平台通过视频信号线连接，单独放置在驾驶室的前方或固定安装在驾驶室的驾驶室底板上，显示输出平台为单屏显示器、三屏显示器或三折环幕系统，姿态平台为电动六自由度动感平台，它与软件平台通过网线连接，与驾驶室通过姿态平台上底座刚性连接，它采用的驾驶室为经过适当改造的挖掘机真机驾驶室，从而保证了拥有与真机相同的操纵系统；采用三台竖置的宽屏显示器组成显示输出平台，从而保证了拥有与真机相同的视角；采用电动六自由度动感平台进行姿态控制，从而保证了拥有与真机相同的姿态感受，大幅提高训练效率。
文档编号G09B9/00GK201796514SQ20102013000
公开日2011年4月13日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者侯宝科, 侯忠明, 卢刚, 姚凯, 牛红攀, 王胜军, 田新民, 赵晓文, 辛涛, 高勇, 齐胜利 申请人:中国人民解放军总后勤部建筑工程研究所