[发明专利]一种伐木机械的操作技能仿真培训系统

说明书

一种伐木机械的操作技能仿真培训系统，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；伐木机驾驶员座椅、伐木机操作机构和显示器支架置于六自由度运动平台之上且与平台刚性连接，大屏幕电视机固定在显示器支架上，伐木机操作机构信号输出至操作信号采集器，操作信号采集器通过485总线接仿真计算机，仿真计算机通过HDMI接口接大屏幕电视机，六自由度运动平台系统的控制信号端口与485总线连接。相对于当前的培训手段，本发明具有虚拟仿真场景中各物理现象的真实，虚拟仿真临场感强的特点。

技术领域

本发明涉及伐木机械领域，特别涉及一种伐木机械的操作技能仿真培训系统。

背景技术

改革开放以来，随着我国经济不断发展，各行业对原木的需求日益增加，由于国家对天然林进行保护，市场上的原木主要来源于人工速生林，而人工林作业环境及林木的类型、尺寸都十分适宜采用机械化作业，因此，伐木机在国内人工林的采伐中得到了越来越多的使用，随之而来的是对伐木机械操作人员的需求增加。

由于伐木机械在国内发展较晚，伐木机械的相关操作人员较为稀缺，一直以来，伐木机械操作人员的实践操作技能大多以师徒的形式在真实工作岗位上进行一对一手把手的传授，这种传统的操作技能培训方式存在着高成本、高能耗、不环保、高风险、低效率等问题，这样就造成学员的实践操作技能得不到较好的训练，因此，在教学实践过程中，迫切需要有一种能兼顾训练效果和资源投入的装置来改善该困境。

发明内容本发明的目的是针对现有方案中存在的上述问题，提供一种兼顾训练效果和资源投入的伐木机械的操作技能仿真培训系统。

发明内容

本发明的技术方案是：本发明是一种伐木机械的操作技能仿真培训系统，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；伐木机驾驶员座椅、伐木机操作机构和显示器支架置于六自由度运动平台之上且与平台刚性连接，大屏幕电视机固定在显示器支架上，伐木机操作机构信号输出端口接操作信号采集器的信号输入端口，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转换器接仿真计算机的USB接口，仿真计算机通过HDMI接口接大屏幕电视机，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；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。

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。

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。