專利名稱：一種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程機械仿真設(shè)計領(lǐng)域，涉及ー種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法。
背景技術(shù)：
近幾年來，我國石油化工、冶金和電カ建設(shè)等方面的快速、大型化地發(fā)展，刺激了對吊裝設(shè)備的需求，伸縮式吊臂是汽車起重機的ー個重要的工作部件。吊裝過程中，吊臂承擔(dān)大荷載，吊臂產(chǎn)生撓度變形，將會影響起重機的工作性能及安全。目前撓度變形主要是采取激光儀等測試設(shè)備對橋式起重機主梁等關(guān)鍵設(shè)備的進行測量。吊臂的撓度變形仿真實現(xiàn)，影響著起重機吊裝仿真的精度，是三維仿真過程的一個新興的難題。國內(nèi)研究吊裝仿真方式，沒有結(jié)合動力學(xué)或者有限元分析手段，這種吊裝仿真過于理想化，而是采用動力學(xué)軟件去分析，參數(shù)化、交互化的程度過低。國外的吊裝仿真發(fā)展比較迅速,例德國Liebherr公司的Liccon系統(tǒng)和Manitowoc公司的Epic系統(tǒng)，這些系統(tǒng)均是自家公司研發(fā)的輔助吊裝方案選擇的工具，允許對自家公司生產(chǎn)的起重進行吊裝方案選擇，井能對選中的吊裝方案進行簡單的ニ維演示。由于它們只針對自家公司的產(chǎn)品進行開發(fā)，起重機的數(shù)據(jù)不是以數(shù)據(jù)庫方式而是以普通文件方式存儲，不具有開放性，因此該系統(tǒng)通用性不強。此外該系統(tǒng)只能進行ニ維顯示和模擬，畫面不夠直觀、逼真。在國內(nèi)，大連理工大學(xué)工程機械研究中心與中國石化寧波工程有限公司運用3DSMAX制作逼真的三維吊裝仿真動畫，用以演示吊裝作業(yè)效果和輔助吊裝作業(yè)的制定。在三維虛擬環(huán)境下對吊裝的仿真缺乏動力學(xué)或者有限元分析，吊裝仿真過程是過于理想化的，未結(jié)合實際數(shù)據(jù)進行分析，或動力學(xué)的分析的仿真，參數(shù)化、交互化程度過低。尋求ー種更為通用、可進行參數(shù)化設(shè)置和人機交互程度高的吊裝三維仿真方法是該領(lǐng)域研究的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法，本發(fā)明的基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法能將復(fù)雜精密的原型簡化為容易處理的簡單模型，能真實反映吊裝過程中的吊臂的撓度變化狀況。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法，包括計算起重機的吊臂中每ー節(jié)臂的撓度及轉(zhuǎn)角，將該計算得到的撓度及轉(zhuǎn)角加載到起重機模型中，完成基于虛擬現(xiàn)實的吊裝伸縮臂撓度的仿真；仿真過程為利用求得的每節(jié)臂的轉(zhuǎn)角，驅(qū)動所建模型中與轉(zhuǎn)角對應(yīng)的每節(jié)臂，每節(jié)臂的子節(jié)點產(chǎn)生聯(lián)動，模擬吊裝過程，并在圖形界面中實時顯示整個吊臂的撓度形變量。
I Zi-1 f jy "γ· _|_) λτ所述的撓度計算方法如下起重機的吊臂第i節(jié)臂的撓度_/； = f "dx，
I-Zixii取整數(shù)，從I開始；其中，I為工作時吊臂總長，該值為固定長度，Zi為各節(jié)臂臂頭到吊臂尾鉸點的距離；E為吊臂彈性模量，與材質(zhì)有關(guān)的常量，Py為吊臂軸線方向的受力，Mm為轉(zhuǎn)矩；Ixi為各節(jié)吊臂對X軸的慣性矩。所述吊臂軸線方向的受カPy的計算方法為Py = (Q+q) COS Θ + Y bGbcos θ ；其中Q為輸入吊重載荷，q為吊鉤與滑輪組重，Θ為吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角；Yb為吊臂自重
轉(zhuǎn)換系數(shù)，Yb = Lzb/Ι，其中，Lzb為吊臂重心位置，
權(quán)利要求
1.一種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法，其特征在于，計算起重機的吊臂中每一節(jié)臂的撓度及轉(zhuǎn)角，將該計算得到的撓度及轉(zhuǎn)角加載到起重機模型中，完成基于虛擬現(xiàn)實的吊裝伸縮臂撓度的仿真； 仿真過程為利用求得的每節(jié)臂的轉(zhuǎn)角，驅(qū)動所建模型中與轉(zhuǎn)角對應(yīng)的每節(jié)臂，每節(jié)臂的子節(jié)點產(chǎn)生聯(lián)動，模擬吊裝過程，并在圖形界面中實時顯示整個吊臂的撓度形變量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法，其特征在于，所述的撓度計算方法如下起重機的吊臂第i節(jié)臂的撓度
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法，其特征在于，所述吊臂軸線方向的受力Py的計算方法為Py = (Q+q) cos Θ + y bGbcos θ ；其中Q為輸入吊重載荷，q為吊鉤與滑輪組重，Θ為吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角；Yb為吊臂自重轉(zhuǎn)換系數(shù)，Yb = Lzb/Ι,其中，Lzb為吊臂重心位置，
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法，其特征在于，所述的起重機模型采用以下步驟搭建 .1)預(yù)處理從廠家獲取起重機的原外觀模型，在pro/e中對獲得的原外觀模型中每個部件進行收縮包絡(luò)處理，包括填孔、忽略面組及忽略小曲面處理； .2)組裝模型在pro/e中根據(jù)預(yù)處理步驟中獲得的零件模型構(gòu)建起重機外觀模型，并依據(jù)起重機工作時各部件的工作特征，包括回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動、油缸的伸縮和變幅、吊鉤的起升和下降，吊臂的伸縮、變幅和回轉(zhuǎn)，在預(yù)處理后的外觀模型中添加起重機對應(yīng)部件的驅(qū)動軸； 3)模型分類將組裝后的外觀模型按照起重機工作時部件間的聯(lián)動關(guān)系，將其進行模塊化分類，包括臂、吊鉤、油缸、轉(zhuǎn)臺、腿、底盤以及組裝模型步驟中添加的驅(qū)動軸模塊； 4)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換利用DeepExploration軟件，依據(jù)起重機原型，對模型中各部件設(shè)置模型材質(zhì)信息，材質(zhì)信息設(shè)置包括陰影、擴散、高光、放射及不透明度處理；接著將上述得到的數(shù)據(jù) 從.asm轉(zhuǎn)換為VC++支持的.cpp數(shù)據(jù)，在得到的數(shù)據(jù)文件中獲得模型中的點、面索弓丨、法線、材質(zhì)以及材質(zhì)索引信息； 5)在vc++運行環(huán)境中，輸入上述得到的.cpp數(shù)據(jù)文件，調(diào)用OpenGLAPI工具繪制起重機模型； 6)進行節(jié)點設(shè)置將起重機的固定部分、轉(zhuǎn)臺、吊臂及油缸四個部分設(shè)為主節(jié)點，按照吊裝結(jié)構(gòu)順序，依次設(shè)定吊臂中各節(jié)臂為對應(yīng)前面臂的子節(jié)點，管理每個節(jié)點后面的所有子節(jié)點。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法，其特征在于，所述起重機模型搭建步驟2)中，對經(jīng)過收縮包絡(luò)后的起重機零件模型，若零件模型結(jié)構(gòu)存在縫隙，則在pro/e中采用多個平面修補縫隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法，其特征在于，模擬吊裝過程中，實時顯示吊裝物及吊臂的具體位置信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述一種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法，其特征在于，起重機模型搭建后，獲取實際吊裝現(xiàn)場空間信息，將現(xiàn)場空間內(nèi)起重機周圍的物體繪制到起重機模型所在的場景中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于虛擬現(xiàn)實的汽車吊臂撓度的仿真方法，包括利用Pro/E軟件建立起重機模型和環(huán)境模型，根據(jù)工況對撓度形變進行計算，對模型進行節(jié)點設(shè)置及管理，在起重機模型中將撓度形變添加至吊裝過程中的起重機模型上，對起重機進行撓度驅(qū)動，使吊裝仿真過程的起重機產(chǎn)生撓度形變，提高了吊裝操作的仿真精度，對吊裝方案的制定具有明顯的指導(dǎo)意義，提高了實際操作吊裝過程中的安全性能，避免了重復(fù)操作，加快了工作效率。
文檔編號G05B17/02GK102662331SQ201210113409
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者何勇, 劉慶生, 吳敏, 周斌, 安劍奇, 林藝輝, 王巍, 魏風(fēng)波 申請人:中南大學(xué)