[发明专利]一种起重机模拟器体感模拟方法与装置

说明书

本发明公开一种起重机模拟器体感模拟方法与装置。所述方法包括闭环模拟步骤、物理量输入输出步骤、以及模糊PID控制步骤，用于在有限行程和工作空间内模拟起重机作业过程中大车、小车等行走机构产生的运动感觉，具体是指：能够模拟出与真实起重机相一致的瞬时加速度、持续加速度等运动感觉。所述装置为三自由度并联结构，包括大车横向运动，小车纵向运动以及小车倾斜补偿旋转运动。基于人体运动感知理论，通过对输入信号处理，能够有效解决起重机模拟操作过程中体感模拟的加速、减速、回中等问题。本发明有利于增加起重机模拟器的逼真度，能够满足有限行程和工作空间内模拟运动感觉的要求，对于提高模拟器质量、水平具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及起重机模拟，具体的是一种适用于起重机模拟器三自由度运动平台的体感模拟方法。

背景技术

三自由度并联结构，可以通过对驱动设备的控制，完成空间横向、纵向的直线运动和设定角度的旋转运动。运动平台主要应用于模拟器的体感模拟，在有限行程和工作空间内模拟起重机作业过程中大车、小车等行走机构产生的体感。目前，运动平台技术广泛的应用于飞行模拟器、环境模拟器等模拟器中，提高模拟的逼真效果。但现有的运动平台在起重机领域的应用较少，且功能不符合起重机模拟要求，以Stewart六自由度运动平台为例，该运动平台价格高，系统复杂，并且往往需要进一步改进才能满足体感模拟需求，在自由度要求少的模拟器中还会产生功能浪费。而三自由度运动平台可以满起重机模拟器的仿真要求，其简单的机械结构，便于对运动平台位姿正解的求解，提高了运动控制的准确性和稳定性。

另外，起重机模拟器运动平台主要应用于驾驶员体感的模拟，与模拟器的视景系统、音频系统及模拟器操作平台的环境布置形成一个闭环系统，达到逼真的模拟效果。通过分析运动平台的运动功能及运动参数，现有的控制算法不符合起重机模拟器运动平台的控制。本发明根据运动平台机械结构，对运动平台进行洗出算法设计，并在控制过程采用反馈调节的方式优化控制环节参数，使运动平台在现有的空间内达到更逼真的模拟效果，提高运动平台的稳定性。

中国申请号为201410631816.4的发明专利公布了一种三自由度运动平台，结构简单，稳定性好。但该运动平台一方面视野范围小，不符合起重机作业环境需求，另一方面，只能满足一定角度的旋转运动，难以满足起重机模拟器的瞬间加速度要求；中国申请号为201510031178.7的发明专利公布了一种多层闭环控制策略的Stewart六自由度运动平台飞行模拟平台，通过多层闭环控制，避免了安装、机构变形等因素造成的误差，但是该方法由于装置限制，控制复杂，且主要针对航空领域进行设计，不符合起重机模拟器功能要求。

本发明根据真实起重机工作特点对运动平台进行设计，并根据运动平台的机械结构设计的洗出算法，机构的运动直接模拟起重机的瞬时加速度。通过倾斜角度来进行持续加速度的模拟。本发明中运动平台的并联结构，简化了运动平台的控制复杂度，各机构单独运动，互不干涉，避免了单驱动设备误差所造成的累积误差，提高了运动平台的位置精度，有重要的经济价值和科学意义。

发明内容

本文针对起重机模拟器，设计了一种并联三自由度运动平台，改进了运动平台的控制模型，使运动平台能够满足起重机模拟器的控制需求。本文所公布的运动平台，根据真实起重机的运动方式和运动参数进行设计。表1为运动平台设计所选取的起重机运动参数。

表1