橋式起重機(jī)動(dòng)態(tài)仿真與虛擬控制研究.pdf

1、虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality,簡(jiǎn)稱VR),是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心,通過各種高科技設(shè)備生成的,集視覺、聽覺、觸覺為一體化的虛擬環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中,用戶借助必要的硬件,能以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行相互交流、相互影響,也能操縱控制其中的物體,從而產(chǎn)生一種身臨其境的感受和體驗(yàn)。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),可以讓其使用者沉浸在一種人工的虛擬環(huán)境中,通過虛擬現(xiàn)實(shí)軟件及其外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)進(jìn)行充分的交互,進(jìn)行構(gòu)思,完成所希望的任務(wù)。它綜合了先進(jìn)的

2、信息技術(shù)(如網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、圖形圖像處理、多媒體技術(shù)、新型傳感器、仿真模擬等),甚至心理學(xué)、仿生學(xué)、藝術(shù)等領(lǐng)域的研究成果,目的是致力于構(gòu)建一個(gè)能使人沉浸其中、虛實(shí)結(jié)合的環(huán)境,并能實(shí)現(xiàn)高效、多維、更為和諧的人機(jī)交互環(huán)境。
　　 近年來,隨著橋式起重機(jī)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用得越來越廣泛,與其相關(guān)的安全事故發(fā)生率也在提高。分析其產(chǎn)生原因可以發(fā)現(xiàn),其中重要的一點(diǎn)就是相關(guān)設(shè)備作業(yè)人員的專業(yè)知識(shí)缺失、操作技術(shù)生疏、安全意識(shí)不強(qiáng)、危機(jī)處理能力差、職業(yè)素質(zhì)不高等

3、。目前,橋式起重機(jī)作為特種設(shè)備的范疇,在我國(guó)已建立了十分健全的特種作業(yè)安全培訓(xùn)管理制度,但培訓(xùn)過程及培訓(xùn)方式較為滯后。在培訓(xùn)過程中,由于教材內(nèi)容陳舊、教學(xué)方式落后、實(shí)際操作受現(xiàn)場(chǎng)條件限制,導(dǎo)致橋式起重機(jī)作業(yè)人員沒有真正學(xué)到先進(jìn)的行業(yè)理論知識(shí),實(shí)踐操作能力不強(qiáng),導(dǎo)致培訓(xùn)效果不佳,留下了大量的事故隱患。
　　 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和安全生產(chǎn)水平及管理水平的提高,利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)橋式起重機(jī)作業(yè)人員進(jìn)行仿真培訓(xùn)已經(jīng)成為培養(yǎng)高素質(zhì)

4、作業(yè)人員的迫切需要。本文即是在這種背景下,將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于橋式起重機(jī)作業(yè)人員仿真培訓(xùn),研究基于虛擬環(huán)境技術(shù)的橋式起重機(jī)操作培訓(xùn)系統(tǒng)。
　　 本文重點(diǎn)介紹了構(gòu)建橋式起重機(jī)虛擬仿真平臺(tái)所采用的關(guān)鍵技術(shù),及其應(yīng)用方法。同時(shí)研究分析了如小車運(yùn)行時(shí)的貨物偏擺動(dòng)力學(xué)分析、硬件控制系統(tǒng)、多通道顯示系統(tǒng)、培訓(xùn)考核專家系統(tǒng)等主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)方法。并對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析和展望。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)研究

5、建立了橋式起重機(jī)仿真工作視景系統(tǒng)。其虛擬視景主要包括港口外景、工廠車間和橋式起重機(jī)仿真模型等部分。其中港口外景和工廠車間中包含諸如廠房、物料、工作人員和運(yùn)輸設(shè)備等三維模型,通過效果渲染、紋理映射、光照等技術(shù)處理,產(chǎn)生一個(gè)典型的橋式起重機(jī)虛擬場(chǎng)景,使操作者有身處橋式起重機(jī)工作環(huán)境的感覺。橋式起重機(jī)模型是進(jìn)行仿真操作的平臺(tái),受訓(xùn)者在橋式起重機(jī)仿真培訓(xùn)專用駕駛艙內(nèi)控制仿真對(duì)象,實(shí)現(xiàn)對(duì)其虛擬控制,學(xué)習(xí)各種操作動(dòng)作。
　　 (2)為了獲得

6、真實(shí)的交互培訓(xùn)效果,研究了基于物理特性的鋼絲繩偏擺仿真,并為之開發(fā)了專用的關(guān)節(jié),實(shí)現(xiàn)了通過剛性體運(yùn)動(dòng)迭代方式來模擬柔性物體的運(yùn)動(dòng)。
　　 (3)按照國(guó)家制訂的橋式起重機(jī)作業(yè)人員培訓(xùn)考核大綱,設(shè)計(jì)開發(fā)模擬操作評(píng)估知識(shí)庫(kù),可讓培訓(xùn)人員在系統(tǒng)控制下進(jìn)行培訓(xùn),并根據(jù)國(guó)家要求對(duì)其操作進(jìn)行自動(dòng)評(píng)價(jià)。
　　 (4)在現(xiàn)有的橋式起重機(jī)駕駛倉(cāng)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用傳感器、數(shù)據(jù)通信與采集技術(shù),設(shè)計(jì)開發(fā)出一套與通用橋式起重機(jī)控制方式(主令控制器方式)