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基于Virtools的塔式起重机操作模拟培训系统

作　者: 陈登冲
导　师: 韩云鹏
学　校: 山东大学
专　业: 制造系统信息工程
关键词: 虚拟现实塔式起重机模拟培训 Virtools
分类号: TU61
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 47次
引　用: 2次
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内容摘要

随着建筑业的高速发展,高层建筑的日益增多,塔式起重机(简称塔机)因其回转臂长、结构轻巧、安装、拆卸以及运输方便,成为建筑业不可或缺的机械。但是,日益增长的塔机需求与其相对薄弱的培训工作不相适应,导致塔机事故频发。塔机作业人员属于特种作业人员,必须经过严格的培训,考核合格后持证上岗。传统的培训方式培训周期较长、资源浪费严重且安全性差,培训工作不到位,给安全生产埋下了隐患。应用虚拟现实技术开发的塔机模拟培训系统经济、安全、高效且不受时间、气候、场地的限制,既可以规范操作人员行为又能提高企业效益,具有广阔的应用前景。本文首先对虚拟现实技术进行了简要介绍,分析了基于虚拟现实技术实现的模拟培训系统的特点、要求以及关键技术,从而确定了本系统基于VC.NET集成平台,采用软件3DS MAX创建系统几何模型、Virtools软件进行模型驱动的开发方案。然后,根据塔机培训、考核的实际需求,对本系统进行功能设计、体系结构设计。按照三维实体建模、运动仿真建模、物理仿真建模、仿真效果优化的顺序,完成了塔机模拟培训系统的研究和设计开发。在系统开发过程中,采取模块化的开发方式,将整个系统按照功能划分为基本运动模块、物理仿真模块、考核评价模块、场景效果模块等子系统分别实现。其中,利用虚拟现实平台Virtools进行运动仿真建模和物理仿真建模是本文的重点。运动仿真建模的关键在于模拟塔机操作过程中各运动部件的实际运动规律以提高系统的真实性；物理仿真建模主要利用Virtools Physics Pack建立吊物偏摆模型,并采用虚拟样机分析软件ADAMS对该模型进行分析、验证,从而更好地实现了对塔机运动过程中吊物偏摆的模拟。

全文目录

摘要  9-10
Abstract  10-12
第1章绪论  12-18
  1.1 研究的目的及意义  12-13
  1.2 国内外起重设备模拟培训系统研究状况  13-15
  1.3 本文主要内容  15-18
第2章系统总体方案设计  18-30
  2.1 虚拟现实概述  18-22
    2.1.1 虚拟现实技术  18
    2.1.2 虚拟现实技术的特征  18-19
    2.1.3 虚拟现实技术的发展  19-20
    2.1.4 虚拟现实系统的分类  20-22
  2.2 系统总体方案设计  22-29
    2.2.1 系统功能需求  23
    2.2.2 系统技术路线  23-26
    2.2.3 系统的总体框架  26-29
  2.3 本章小结  29-30
第3章系统关键技术研究  30-44
  3.1 三维场景构建  30-33
  3.2 场景优化  33-36
  3.3 运动过程仿真  36-38
  3.4 摆动模拟  38-39
  3.5 碰撞管理  39-40
  3.6 粒子系统  40-41
  3.7 本章小结  41-44
第4章吊物摆动模型的运动学分析  44-80
  4.1 ADAMS简介  44-45
  4.2 钢丝绳建模  45-50
    4.2.1 Bushing连接  45-47
    4.2.2 刚性杆模型可行性分析  47-50
  4.3 塔机运动过程中吊物摆动的分析  50-79
    4.3.1 ADAMS摆动分析  50-59
    4.3.2 ADAMS摆动模型与Virtools摆动模型对比  59-79
  4.4 本章小结  79-80
第5章系统关键功能的实现  80-100
  5.1 塔机基本运动控制  80-83
  5.2 摄像机的控制  83-85
  5.3 吊物偏摆的模拟  85-86
  5.4 考核评价  86-92
  5.5 安全限位装置  92-94
  5.6 声响效果  94-95
  5.7 系统效果  95-97
  5.8 本章小结  97-100
结论  100-102
参考文献  102-106
致谢  106-107
学位论文评阅及答辩情祝表  107

基于Virtools的塔式起重机操作模拟培训系统

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