[发明专利]履带式推土机工作过程中三维地形动态变化仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于推土机工作过程中三维地形动态变化仿真方法，特别是一种履带式推土机工作过程中三维地形动态变化仿真方法。

背景技术

随着机械及工程自动化装备的不断发展，现代工程机械车辆的机械化、自动化程度日益提高，随之带来机械作业操纵复杂、训练困难、不易掌握等多方面困扰。与此同时实车训练还存在成本高、培训周期长、安全隐患大等缺点。虚拟训练设备可为受训人员提供一个反复熟悉操作的逼真模拟训练环境，提高训练效率和训练安全性，降低训练成本，具有十分显著的经济效应。同时，由于推土机受使用环境、位置空间等限制，无法采用实物进行产品宣传和功能展示，因此该产品可用于推土机新型号、新产品的功能展示。

国外虚拟现实技术研究较早，在工程机械模拟器研究中，国外主要有三种类型模拟器，第一种类型型式简单，由键盘或鼠标进行操作，美国NIST(美国国家标准与技术研究院)建立的挖掘机模拟器通过web网页显示，可使操作者熟悉挖掘机的基本动作，但是有着画面简陋、不易操作的缺点；第二种类型是采用手柄连接主机进行控制，加拿大Simlog公司研制的挖掘机模拟器采用2个电控手柄进行操作，用投影仪或液晶屏幕进行显示，其操作方式与真实机械接近，可使操作者快速熟悉挖掘机的基本操作，并可训练两手的协调能力，但是其操作环境与真实机械有很大不同，其训练效果与真实机械操作训练有较大距离；第三种类型结构复杂、技术先进，澳大利亚Immersive Technologies公司采用真实的机械操作环境，使用3个大型背投显示设备，具有姿态调整等技术，该模拟器可取代真机训练，但是主要针对重型矿山机械，成本过高，同时其训练科目有限，二次开发成本高。在推土机模拟器方面，目前仅有卡特彼勒公司开发了推土机模拟器，其采用手柄连接主机进行控制，用前后两个显示器进行推土、松土过程显示，其操作方式与真实机械接近，可使操作者快速熟悉推土机的基本操作。该产品主要用于卡特彼勒公司产品研发和展示。

目前国内市场上的工程机械模拟教学仪是以教学为主，平台是固定的，简单的机械模型，主要侧重在培训驾驶员的操作技能，“只能用于少量课时的操作训练，不能完全替代真实上机”。在模拟训练过程上，多以简单的机械原理为基础，模拟环境操作感较差，且操作系统、姿态、复杂工况作业等与实际情况差距较大，不能真实反映工程机械的运动和控制过程。目前国内虚拟训练模拟器以挖掘机为主，未检索到推土机模拟器相关产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种履带式推土机工作过程中三维地形动态变化仿真方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种履带式推土机工作过程中三维地形动态变化仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、对推土机工作场景进行网格化处理，以推土机训练场某点为坐标原点，建立地理坐标系，把推土机的工作场景划分为若干个边长为a的正三角形网格，给定每个网格顶点平面坐标（X，Y）的高度H，并对其设置颜色，通过连接相邻顶点对应的三维坐标点来描述地形的起伏变化；

步骤2、设置推土机推土铲上的采样点个数和采样点半径；设置推土机推土铲上的采样点个数A和采样点半径R1，所述采样点个数A、采样点半径R1与推土机铲刀长度L之间的关系须满足：

L≈2*R1*A。

步骤3、获取每个采样点的位置、推土机行驶状态、当前铲刀状态或松土器状态；获取每个采样点的位置包括：在平面坐标系中坐标和高度值；推土机行驶状态包括：前进、停止或后退；当前铲刀状态包括：升降高度、倾斜角度、铲入地形的深度；松土器状态包括：插入地形的深浅。

步骤4、按照高斯衰减增加网格高度值对铲刀前面地形变化进行模拟；铲刀前面地形变化模拟过程为：采样点内及铲刀平面之上的地形为需要形变的地形，先利用高斯曲面公式确定该地形在采样半径内的高斯衰减值H，计算公式如下：

H＝Pow(360.0,-Pow(D/R,2.5)-0.01)

式中D表示网格点到中心点的距离，R表示最大衰减半径，Pow(x,y)表示x的y次方；

则地形网格顶点的坐标高度值可表示为：