港口大型起重机集成模拟器的开发与关键技术研究

摘要

随着现代计算机技术的发展和安全生产要求的提高，虚拟现实逐渐成为特殊行业培训高素质职工的一种重要手段。本文在现代虚拟现实学科思想引领下，综合运用多媒体技术、现代传感与测控技术、起重机运动学与动力学、现代港口起重机操作技术等多学科知识，以应用广泛的港口岸边集装箱起重机、门座起重机、集装箱堆场轮胎龙门起重机、桥式抓斗起重机、桥门式起重机等五种大型起重机为对象，研究多种起重机集成模拟器开发的关键技术。主要研究成果和创新点如下：
　　 (1)研究了在主体硬件基础上集成五种大型起重机模拟训练功能的可行性。
　　 通过比较分析五种大型港口起重机工作机构的功能相似性、司机室结构与司机操作装置的相似性以及司机视野的相似性，论证了五种机型的集成可行性，完成了模拟器的集成方案设计。
　　 (2)研究构建了高逼真的以司机学员视野为核心的环绕包裹式投影系统。
　　 在深入研究起重机工作过程中司机视景目标动态变化的基础上，构建了以司机学员为第一称的环绕包裹式折幕投影系统，开发了司机操作互动与投影屏幕影像变化的联动控制技术，实现了模拟器的多屏普通三维和立体显示，提升了模拟器虚拟环境的沉浸感。
　　 (3)研究了基于六自由度平台实现起重机司机室动感模拟的新技术。
　　 建立了起重机吊具和司机室动态特性模型，研究了基于六自由度运动平台的起重机司机室运动控制技术，实现了起重机驾驶室在主要工况下的颠簸、倾斜和晃动的动感模拟，提高了模拟器的沉浸感与交互性，给学员创造了更真实的学习环境。
　　 (4)研究了起重机模拟器技术性能的综合评价指标和方法。
　　 以层次分析法和模糊综合评价法为理论基础，初步构建了起重机模拟器综合评价的指标体系，实现了对模拟器性能的综合评价，为进一步提高模拟器的质量打下基础。
　　 本学位论文的研究成果，已经在工程实际中得到了应用，提高了我国起重机新司机职业教育的现代化水平，具有广阔的应用前景和推广价值。