叉车仿真训练模拟器

叉车仿真训练模拟器概述

一般来说，凡是需要有一个或一组熟练人员进行操作、控制、管理或决策的工作，例如汽车、飞机、船舶的驾驶，外科手术、消防、各类工业设备的操作等都需要进行专门的职业技能训练。过去的职业训练基本上都在实际系统中进行。而随着计算机技术、虚拟现实技术、多媒体技术、自动控制技术的飞速发展和广泛应用，以计算机系统为核心和操纵控制台为基础构成的各种模拟仿真训练器已成为当今重大生产设备或过程控制设备操作人员上岗工作、培训的必备手段，受到国内外工业界的高度重视，并在航天航空、火力及核能发电、石油化工、军事、航海等许多领域得到广泛使用。目前，模拟仿真训练器已逐步成为培训飞机、汽车、船舶等驾驶人员的重要设备之一。

叉车、堆高机、正面吊是冶金、制造、港口、水电、建筑、铁路货场、仓储中心等部门装卸货物的主要设备，也是容易出安全事故的设备。这些叉车驾驶的操作涉及到财产与生命安全，对操作人员的素质要求愈来愈高。由于它们可应用在不同行业领域，其种类繁多，操作技术多样，在生产过程中不仅要完成驾驶操作，更要与其他工种人员协调一致地完成吊装等装卸工艺动作，如操作不当而引起的破坏程度和危险性都会大大增加。这一切都为车辆司机的培养和训练工作带来极大的挑战。随着现代科学技术的迅速发展和企业生产管理水平的提高，人们迫切需要一种安全、快速、高效的培训方式，集虚拟现实技术､计算机仿真技术､多媒体技术、自动化技术等先进技术于一体的高科技产品——叉车驾驶操作仿真模拟器的研制和开发就应运而生。

叉车驾驶操作仿真模拟器相对于目前传统的操作培训方式，具有很多突出的优点：

1) 安全性好。使用仿真训练机可以模拟高速、重载以及其它非常危险的环境以实现有安全保障的训练，杜绝事故隐患，减少事故损失。

2) 经济性好。仿真训练机的成本远低于实际叉车设备。在训练过程中，还可以免除实机操作中的油耗、电耗及零部件的磨损。同时，仿真训练机使用周期

长，维护简单，经济优势不可忽略。

3) 适用面广。在仿真训练机软件系统中，可以方便地设定各种训练条件和参数，模拟不同的使用工况和环境条件；在同一套硬件系统中，配置不同类型的叉车仿真训练机模块，实现一机多用。例如，一台叉车驾驶操作仿真模拟器可以同时拥有集装箱正面吊运机、集装箱空箱堆高机两种类型起重机的操作训练功能。

4) 培训效果好。通过使用仿真训练机，可以大大缩短学员的整个培训周期，使学员在较短的时间内完成培训任务。另外，仿真训练机可以非常方便地模拟出实际训练中很少遇到的突发性事件，培养学员准确的判断能力、良好的心理素质，以及正确处理紧急情况的能力，从而提高培训质量。

5) 软、硬件不断升级。叉车驾驶操作仿真模拟器软、硬件可以不断升级，维护方便，与时俱进，适应新型叉车的产生和技术性能不断提高的要求。

在驾驶操作仿真模拟器上对学员进行培训时，教员可以方便地监控学员的学习状态、安全意识、技术掌握的熟练程度，计算机系统可以客观地对学员进行操作评分。

虽然仿真训练不能完全代替实机的操作训练，但学员在仿真训练机上接受训练后，获得一定的操作经验和技术，再到实机上实习，这样就可以较快较好地掌握实际操作技术。

驾驶操作仿真模拟器将是现代职业培训不可缺少的工具和手段，日益受到重视。

叉车仿真模拟系统的总体设计

1、叉车仿真模拟系统的总体结构组成

根据叉车驾驶操作训练模拟系统的功能定位，其总体结构主要由硬件和软件两部分组成。硬件设备由模拟驾驶舱、操纵控制系统、仪表系统、多媒体计算机及音响系统、学员观摩室等构成。软件系统包括作业环境的计算机实时动画生成，叉车行驶动态仿真，声响模拟，操作评价，数据管理，网络控制，操作平台等。系统总体结构如图所示。

训练者

操纵控制系统

信息显示与仪表系统

视景系统

音响系统

叉车驾驶运动学/动

力学模型

场景模型生成处理

系统

场景规则及智能体

管理系统系统总体结构关系图

2、驾驶操作训练模拟系统硬件平台设计

模拟驾驶舱

如图所示，驾驶舱的外形尺寸和布局与真实叉车完全相同。在模拟驾驶舱中装配有与实车完全相同的各种可操纵机构，如方向盘、离合器踏板、刹车踏板、油门踏板、三根货叉操作杆、刹车手柄、换向操纵杆、换挡操纵杆、转向灯开关、点火开关、仪表盘等，以便给学员带来最接近真实的驾驶感受。

叉车驾驶操作训练模拟系统驾驶舱

操纵控制系统

如图所示，本系统包括了驾驶者控制叉车运动的基本操纵部件：方向盘、油门、离合、刹车、档位、换向以及货叉操纵杆，另外还有点火开关、转向指示灯等辅助性操作部件。这些部件信号的实时采集与控制是叉车驾驶操作训练模拟系统能否真正逼真模拟驾驶环境的最基本前提，是整个叉车驾驶操作训练模拟系统的核心部分之一。由于本系统要求与真实叉车完全操作感受尽量一致，因而在没有力和反馈装置的条件下，对于叉车运动控制的模拟主要由实车部件中的方向盘、油门、离合、刹车、档位和货叉操纵杆操作来完成。

操作控制系统照片

驾驶员对操纵部件的操作经过传感器和接口，将方向盘转动的角度、油门的开度、离合器的状态、刹车的状态等模拟量经过A/D转换发送给计算机系统进行处理，同时把系统处理的实时数据如档位参数、速度等数字量经过D/A转换发送到车体部分显示仪表系统上，进而调整视景显示，使驾驶员实时观察驾驶车辆的运行情况。

学员管理客户端

叉车模拟器模拟仿真服务

器

视景仿真系统

音响仿真系统

训练管理服务器

系统数据库学员管理服务器

学员教员

操作部件信号流程图

仪表系统

仪表系统采用实车的仪表

盘，负责车内仪表面板如计时

表、转向灯、燃油表、预热指

示灯等的实时更新。仪表系统

如右图所示：

计算机系统

在本叉车驾驶仿真系统中，由于要满足实时交互与漫游且要同时输出五个屏叉车驾驶操作训练模拟系统仪表系统