基于Virtools的塔式起重机操作模拟培训系统

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。