[发明专利]一种便携式两通道港口起重机模拟器构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是分布式虚拟现实技术、仿真技术、数据通信同步技术、刚体动力学技术以及机电集成技术。

背景技术

随着全球经济一体化步伐的加快和国际航运事业的飞速发展，港口装卸作业量成倍地增长，大型港口起重机装卸能力对于提升港口码头物流服务水平起着至关重要的作用，港口机械设备也随之日益高速化、大型化及自动化，设备成本日益增高，对操作人员技能及素质要求也愈来愈高，操作人员的技术熟练程度对港口生产安全、设备使用效率和寿命、港口经济效益起着决定性的作用。但是由于以往对操作港口起重机人员的培训过程都是由师傅在真机上手把手教学的，这就带来了培训过程的诸多问题，如危险性、经济效益性、培训的周期性以及实际单独操作的经验积累方面的问题，但是随着大型港口起重机模拟器技术的发展，提供了一种具有真实临场感、安全、经济、有效的仿真训练平台，可以为起重机司机提供一种逼真、安全、经济和有效的操作仿真训练平台，用于解决使用真机进行训练价格昂贵，受训安全性低等问题。

虽然关于虚拟仿真技术的公开报道较多，例如中国专利（公告）号：CN101201983的专利文件中公开的“列车模拟驾驶系统”；CN101251958的专利文件中公开的“面向训练的汽车驾驶模拟机实现方法”的技术方案。但还没有关于港口起重机模拟器构建方法的相关的专利的公开报道。

（三）、发明内容

本发明的目的在于提供一种用于便携式港口起重机模拟器的构建方法，用于模拟港口起重机的装卸作业过程，为司机提供一种逼真、安全、经济和有效的操作仿真训练平台，用于解决使用真机进行训练价格昂贵，受训安全性低等问题；同时，通过收集司机驾驶过程中的相关参数，也可用来分析驾驶人员的工作状态与行为特点，可以作为虚拟仿真、机械工程、人机工程等领域的研究平台。

本发明提出了一种构建便携式港口起重机模拟器的方法，对于其它类似起重机、设备等同样适用。

本发明的目的是这样实现的。

本发明所述方法主要由驾驶操控系统、计算机系统、虚拟声音系统、显示系统和通讯系统组成。其中，驾驶操控系统包括驾驶操控台和控制系统；所述的驾驶操控台按与真实港口起重机驾驶操控台1:1设计的，包括控制大、小车运行的操纵手柄，控制起吊装置的手柄，控制港口起重机俯仰装置的操控按钮以及一系列选择按钮、指示灯和驾驶座椅；所述的控制系统主要由一套可编程控制器硬件、标准通信电缆、与控制器的编程相关软件组成。

所述计算机系统包括一台仿真主机和两台视景机；所述的仿真主机用于采集驾驶操控系统实时操作数据,运行主仿真解算程序,解算周期设计为10ms。根据起重机动力学模型计算特定型号港口起重机的运动参数,如加速度、速度和位移等，通过网络传输到视景主机，从而驱动虚拟场景中的三维模型，同时计算碰撞、限位、连锁等报警信息反馈到驾驶操控系统；所述视景主机用于生成起重机作业虚拟环境，帧刷新频率要求为50FPS，接受仿真主机传送的运动参数，根据仿真主机的参数变化对画面进行实时更新，并通过VGA接口与显示系统相连接。

所述显示系统包括2通道显示设备和固定装置,用于模拟起重机司机正前方和下方两个方向视点；所述的显示设备由两台分辨率为1920×1080的63大屏液晶显示器组成，其中一台安装位置为驾驶员的水平视角,与地面成90度布置;另外一台的安装位置为驾驶员的俯视视角处，与地面成5度布置.液晶显示器通过VGA接口实现与视景主机的实时连接，该显示器的外观尺寸为1520×910×105（mm），实际显示尺寸为140×78（mm）；固定装置包括用焊接及螺纹连接的钢结构架和用于调整显示位置的调节机构。

所述网络通讯系统包括交换机、视屏分配器、网络结构设计；所述交换机采用TCP/IP协议下的UDP方式实现各上位机与互联网的连接以及各上位机之间的连接；所述视屏分配器可将视景主机上产生的实时动态画面同时分配给显示系统和视景主机显示器，所述网络结构是由4根双绞线组成，用来连接各上位机与交换机及外网与交换机，实现在局域网内，以太网内的数据传输，网络延时设计要求小于10ms。

所述虚拟声音系统由一组3D音响和虚拟声音生成软件组成，音响通过音频线与仿真主机的声卡连接，用以输出驾驶模拟过程中作业场所的各种声音。

（四）附图说明

图1是系统组成结构图；

图2是实物连接示意图；

图3是驾驶操控台剖视图；

图4是显示设备剖视图；

图5是系统工作流程。