[发明专利]一种伐木机械的操作技能仿真培训系统

权利要求书

1.一种伐木机械的操作技能仿真培训系统，其特征在于：由六自由度运动平台系统、伐木机驾驶员座椅、伐木机操作机构、操作信号采集器、仿真计算机、三维仿真软件、大屏幕电视机、显示器支架组成；所述伐木机驾驶员座椅、伐木机操作机构和显示器支架置于所述六自由度运动平台之上且与平台刚性连接，所述大屏幕电视机固定在所述显示器支架上，所述伐木机操作机构信号输出端口接所述操作信号采集器的信号输入端口，所述操作信号采集器的信号输出端口接485总线，485总线通过485-USB转换器接所述仿真计算机的USB接口，所述仿真计算机通过HDMI接口接所述大屏幕电视机，所述六自由度运动平台系统的控制信号输入端口与485总线连接；所述三维仿真软件在OSG+Vortex平台进行开发并运行于仿真计算机之上；操作信号采集器实时接收伐木机操作机构的操纵信号，然后通过485总线将其发送至仿真计算机，运行于仿真计算机的仿真软件获取到操作数据后，由多体动力学和碰撞检测实时仿真引擎Vortex对虚拟场景中各物体之间的物理接触及运动包括伐木机车体与环境的碰撞、树木之间的碰撞干涉、归堆木材的滚落等物理行为进行计算，然后由三维图形引擎OSG对虚拟场景中各物体位置、图形进行更新并输出给大屏幕电视机显示，在虚拟环境中完成伐木机的操纵动作以及虚拟场景中各物体的干涉响应，同时，仿真软件将Vortex计算得出的虚拟场景中伐木机车体姿态数据通过485总线发送给六自由度运动平台系统，六自由度运动平台系统同步产生与虚拟伐木机车体同样的姿态变化动作，使处于运动平台之上的操作者感受到真实的颠簸，软件同步播放相应音效文件。

2.根据权利要求1所述的一种伐木机械的操作技能仿真培训系统，其中，所述三维仿真软件在OSG+Vortex软件平台上进行开发，虚拟场景中各物体之间的物理接触及运动包括伐木机车体与环境的碰撞、树木之间的碰撞干涉、归堆木材的滚落等物理行为的计算由多体动力学和碰撞检测实时仿真引擎Vortex完成，虚拟场景的图形刷新、图像效果、声音播放由三维图形引擎OSG完成，三维仿真软件包括设备通讯模块、三维模型驱动模块、伐木机车体仿真模块、伐木头夹抱装置仿真模块、场景物体碰撞干涉处理模块、伐木机三维模型、地形场景模块、声音播放模块、光线调节模块、烟雾控制模块。

3.根据权利要求1所述的一种伐木机械的操作技能仿真培训系统，其中，所述伐木机操作机构包括方向操纵装置、刹车控制踏板、油门控制踏板、档位手柄、主臂控制手柄、副臂控制手柄、伸缩臂控制手柄、回转控制手柄、夹抱按钮、锯切按钮、滚轮控制按钮，上述操作机构均选用电信号输出型号，操作信号采集器采集操作机构产生的控制指令。

4.根据权利要求1所述的一种伐木机械的操作技能仿真培训系统，其中，所述六自由度运动平台系统包括六自由度运动平台和运动平台控制器，六自由度运动平台采用Stewart结构平台，驱动机构采用电动缸，运动平台控制器用于六自由度运动平台的运动控制，它根据Vortex的车辆模块VxVehicle下发的车体姿态数据完成平台的运动控制，模拟出伐木机行进过程中因不平整地形引起的颠簸和伐木机工作过程中产生的车体姿态变化。

5.根据权利要求1、2所述的一种伐木机械的操作技能仿真培训系统，其中，所述虚拟场景中伐木机车体及行走机构的仿真调用Vortex系统的车辆模块VxVehicle实现，虚拟场景中车体姿态数据、与环境的碰撞等物理行为由VxVehicle及相应Vortex内置函数进行准确计算，并将虚拟车体的姿态数据输出至六自由度平台系统。

6.根据权利要求1、2所述的一种伐木机械的操作技能仿真培训系统，其中，所述三维仿真软件的伐木头夹抱装置的仿真调用Vortex的抓取模块VxGrasp实现，软件调用VxGrasp抓取模块的函数包计算夹抱装置与被夹抱树木的运动响应，完成虚拟环境中夹抱装置夹抱树木的过程。

7.根据权利要求1、2所述的一种伐木机械的操作技能仿真培训系统，其中，所述虚拟场景中伐木机的臂系、回转机构、锯切机构及滚轮机构的主要运动部件之间的机械约束调用Vortex的约束类VxConstraint来实现，以完成臂系的回转、伸缩、俯仰及伐木头的锯切、滚轮滚动等动作。