三通道环幕仿真操控系统

位
大量的积累。
介
绍
项目积累：清华大学航天航空学院具有长期大量的仿
真系统建设经验，多年来为空军、海军、陆军等多家单
位承担仿真系统建设。主要研究人员多次获得军队，国
家重大奖项。仿真开发注重物理过程，仿真程度高，具
备较高应用价值。
专业优势：清华大学航天航空学院有非常好的力学
基础，包括动力学，岩石力学，实验力学等学科优势，
纹理
文本框
视点
行为编程
按钮
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
8.测试虚拟环境
逼真度
导航
交互
测试整体的逼真度，导航系统，和交互性能。
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
9.信号传递
教练员对操作者情况进行监控，观察操作者动作是 否规范、熟练等（可根据需要配置）。包括摄像头、云 台、显示器等。
整个软件会提供足够的操作和设定的培训内容及故 障等模块，教练员根据需要可以任意地将想定的内容以 及各种事件的模块进行组合，以满足不同的训练需要。
台 建
短研制周期。
设
方
案
特
点
描
述
旋 挖
先进人机交互技术与真实物理过程建模
钻 机
在现代仿真虚拟训练中，人机交互技术是重点内容。
仿
其操作感的真实性直接影响仿真训练的效果，操作感的
真 训
真实来自对工程机械物理过程的深刻理解与精确描述，
练
同时结合实测数据解决多种工况、地质条件下的操作真
平
实性问题。对液压系统、钻杆、卷扬筒等构件的物理模
三自由度平台
使用于动感电影院、高科技实境模拟器、飞行模拟器 等。三自由度动感平台可表现仰俯、侧翻及上下等三种动 作。它由伺服液压系统来驱动，并可根据客户需求，配以 计算机控制影视技术为一体的高科技动感电影设备，广泛 适用于军事模拟训练、游乐场、科学宫等单位
（三）
硬 件 系 统 的 搭 建
5.旋挖钻机实车
减低集成风险，降低成本的同时提高了仿真系统的整
体质量。
（一）
概 述
旋挖钻机仿真训练平台实现了驾驶员操作的本质过程， 是一种可以通过计算机虚拟模型来模拟和预估车辆与车辆 保障系统等各方面可能存在的问题，提高人们的预测和决 策水平，使得驾驶员技术走出主要依赖经验的狭小天地， 发展到了全方位预知的新阶段。
旋 挖
在满足当前训练仿真需要的前提下，兼顾其他旋挖钻机
钻
型号、兼顾未来旋挖钻机型号
机
仿
工程机械的特点是多系列、多型号、客户定制化，在满足
真
训练仿真需要的前提下，为进一步开发出应用于其他
训
练
旋挖钻机型号的仿真软件系统做好准备工作，乃至可
平
以用于新型号的旋挖钻机开发。
台
建
有较好的二次开发能力
设
方Leabharlann Baidu
仿真平台系统有较强的二次开发能力，各分系统留有可扩
视景 声音
画面逼真、细腻、动感流畅，无沉重和凝滞感。 （自然环境可以从教练台计算机追加、变更、 删除新视景？？）软件可升级。
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
6.详细设计
力学解算系统
钻杆解算模块
通过对钻杆控制流程的分析，按照逻辑解耦的原则 建立钻杆解算模块。该模块主要负责钻杆在不同载荷 状的运动处理解算等。
（三）
硬 件 系 统 的 搭 建
2.计算机
内存 最大可扩充到高达64GB GB2 DDR2 533MHz SDRAM 内存 存储 支持多达5块硬盘(4块SAS; 4块SATA; 或4块SAS和一块 SATA启动硬盘)、2TB潜在存储容量。采用RAID 0, 1, 5 及10选项 2颗Intel®XeonTM5150双核 2.66GHz处理器 2GB Memory 内存 160G SATA 高速硬盘 NVIDIA Quadro FX4400G， 20’LCD Monitor 16X DVD-ROM记录光驱
底盘解算模块
包括底盘运动与受力的计算处理。
输入数据处理模块
该模块负责处理操作杆的输入信息，将输入信息转 化为力学解算系统的输入参数。
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
6.详细设计
力学解算系统
载荷分配模块 根据旋挖钻机结构与各结构之间的状态，该
模块负责将载荷分配到各个结构。 基于发动机动态特性和钻机运动特性模型，完全仿
教练员对操作者情况进行监控：观察操作者动作是否规 范、熟练等（可根据需要配置）
教练员控制仿真的开始、结束、暂停、继续等。
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
9.信号传递
变工况运行：通过改变环境的参数，设备的参数，例 如钻头的大小，地质参数，障碍物属性等，灵活的控制学 员操作的环境。 变设备累计运行的时间：要求学员进行相应的维护保养。 追加适当数量的故障：要求学员逐个排除。 回退与追忆：教练员可以通过设置，将学员操作的数据复 现，加强指导教学的效果。
座舱
采用真实的旋挖钻机（仪表板，操纵台及操纵系 统，座椅）。底盘加上一套三自由度平台
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
D/
计
A
算
接
机
口
板
液压缸1
信 号 放 大 器
液
压
液压缸2
伺
服
系
统
运 动 平 台
液压缸3
运动平台示意图
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
7.构建虚拟环境
3D建模 环境组合
动态特性与 声音
（三）
硬 件 系 统 的 搭 建
1.屏幕
选择投影幕的考虑因素主要有如下几条：一是室内 空间；二是工作环境的亮度；三是视角的要求；四是 对投影效果的要求；五是可移动性要求；六是性价比。 根据实际需求，投影幕选择无缝的宽幅弧面正投金属 幕。
（三）
硬 件 系 统 的 搭 建
2.计算机
四台DELL最高端的图形工作站经以太网组成一个集群 系统，通过高速网络和虚拟现实软件让四个通道的信号 能够做到同步输出。 Dell PrecisionTM 690高级工作站 处理器 Intel® XeonTM 5150 双核处理器2.66GHz，带有 4MB 二级缓存(支持双处理器) 操作系统 Microsoft® Windows® XP 专业版
案 特
展接口。在设计和研制上采用模块化结构，软件接口
点
及硬件设计实现标准化、通用化。有对新型号的旋挖
描 述
钻机再开发能力,通过序列化降低开发成本。软件采用
Windows和C++语言编制，通用性好，便于更新；
旋 挖
应用特点
钻
开展旋挖钻机的多种基本操作训练，逼真的模拟设备、
机 仿
环境声光等工程现场作业环境, 全部采用真实部件，其
旋挖钻机仿真训练平台建设方 案
➢ 单位介绍
目
➢ 概述
录
➢ 软件系统的搭建
➢ 硬件系统的搭建
➢ 工期与售后服务
➢ 案例介绍
队伍优势：模拟仿真涉及学科多，需要机械电子，计
算机，虚拟现实技术等多学科知识，同时模拟仿真训练
模拟器的建设需要大量工程经验，需要软件基础，尤其
单
是动力学仿真等物理过程仿真，需要专业的人才队伍，
台 建
型进行动力学建模，在实际操作过程中，相关的构件的
设
运动就会再现相应的物理过程，真实可信，提高虚拟训
方 案
练效果。
特
点
描
述
采用先进的系统集成技术
旋
挖
系统设计时要提高可靠性、可维护性的要求，充分重视
钻 机
运用集成技术，做到系统化、集成化、模块化、规范化
仿
和柔性化。
真
训
·系统化：进行细致的系统分析，优化各分系统，保证整个
1.准备工作
领域需求
应用目标
其他可选技术
评价准则
系统重点说明
需要对旋挖钻机进行细致的了解，进行下一步的工作。
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
2.功能分析
功能分配
应用任务分析
用户需求，特点
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
3.技术要求
方案设计图
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
情景描述
旋挖钻机操作模拟器能给操作者提供一个逼真的工程现 场作业环境，真实反映设备、环境（包括地面及周边环境）、 气候变化、声光等信号变化等。
真
使用费用低
训
工作环境条件要求低
练 平
符合电器规范，采用货架产品。维护性与可信性好
台
建
设
方
案
特
点
描
述
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
软件系统搭建由以下步骤组成
1.准备工作 2.功能分析 3.技术要求 4.总体设计
5.资源获取 6.详细设计 7.构建虚拟环境 8.测试虚拟环境 9.信号传递
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
这些均是旋挖钻机仿真模拟开发的重要基础。另外在
单
实验测试设备，数据分析软件，动力学结算引擎方面
位
有着很好的积累。
介 绍
硬件优势：清华大学航天航空学院在多年的仿真系
统建设工作中，不仅在人员队伍，软件工具方面有着
独到优势，而且在大屏幕显示，图像边缘融合机、传
感测量、运动控制方面均有相应得自主开发硬件产品。
方 案
培训”的需要。
特
点
描
述
旋 挖
充分利用现有先进技术与实时工程仿真经验
钻 机
利用当今世界上最好工程机械虚拟仿真平台Eon
仿
Reality，技术成熟，工具完备，能确保系统的先进性；
真
进行周密细致的系统分析，抓住技术攻关重点，统筹规
训
练
划，结合我们工程仿真、实时仿真的经验，合理地进行
平
系统集成，保证的开发工作顺利完成，并最大限度地缩
（三）
硬 件 系 统 的 搭 建
3.投影机
三台三洋DXT-1000CL投影机 技术参数： 显示技术 ： DLP
技术类型及规格： 0.7" (对角线) DLP™ 4：3
投影方式：前投/背投，桌上 投影距离(米)：视镜头而定 标准显示分辨率(dpi)：1024*768 亮度：5200ISO
（三）
硬 件 系 统 的 搭 建
旋挖钻机操作模拟器主要由视景系统、声音系统、运动 系统、驾驶室和计算机控制系统等部件组成。计算机生成图 像投影到驾驶室前方的大屏幕上，提供操作者较大的视野， 以模拟观察现场作业环境；音响效果给操作者提供比较真实 的听觉；伺服液压油缸组成的运动系统支撑模拟驾驶室并可 模拟旋挖钻机驾驶室的运动，提供给操作者比较真实的动感； 计算机控制系统利用专门开发的软件，以执行操作者发出的 各种指令，综合控制图像、声音和运动，使得整个模拟器协 同工作。
真操作过程中的受力过程，驾驶员的操作过程 与实车一致，如钻土、提升、旋转等过程。 （可由使用方提供动力学过程） 要求：动作平稳、连贯、流畅，即开即停。
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
6.详细设计
传感系统
传感器主要为操纵杆、按钮等输入装置状态进行监 控，数字化后传递给仿真主机，该部分是整个仿真系 统的易损部分，要求便于维修。
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
4.总体设计
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
5.资源获取
尺寸 图纸 照片 视频 声音
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
6.详细设计
地形
视景 声音
力学解算 系统
传感系统
座舱
文体框 按钮
（二）
软 件 的 系 统 搭 建
6.详细设计
地形
水泥硬化层\杂填土\粘土\细沙中沙\卵石层\强风化 岩石层 平坦水泥地面 沙土坡地 沼泽泥泞地面 坑基 易 塌陷地表
练
训练仿真系统的综合指标实现。
平
台
·集成化：各分系统采用集成化的思想进行设计。
建
设
·模块化：各单一功能的部件及系统均模块化，以保证质量
方 案
和便于维护。
特 点
·规范化：整个系统按照甲方提供的相关技术标准进行开发。
描 述
·柔性化：仿真系统软硬件配置采用柔性化思想，以备扩充、
升级、机型更换以及网络联接等。
仿真的加减速：可以设置仿真速度，逐步过渡到真实的 运作速度。
根据旋挖钻机实际操作过程中遇到的各种紧急状况， 可以进行真实的模拟。（可由使用方提出典型的紧急情况）
（三）
硬 件 系 统 的 搭 建
硬件系统由以下设备组成
1.屏幕 2.计算机 3.投影机 4.三自由度平台 5.旋挖钻机实车
6.传感器 7.数据采集控制系统 8.音响 9.投影机的支架调整结构 10.融合机
根据甲方提供的设备 我们进行修改
（三）
硬 件 系 统 的 搭 建
6.传感器
（三）
硬 件 系 统 的 搭 建
7.数据采集控制系统
（三）
硬 件 系 统 的 搭 建
8.音响
Bose 博士 认识DR.AMAR .BOSE(BOSE博士)的人相信不会很
多，但是以他名字为商标的BOSE牌BOSE音箱早已蜚声 国际。今天的BOSE公司已是全美国最大的扬声器厂家 之一，总部坐落在美国麻省，单是从事研究开发的工程 师就有几百人，是一家全资独立公司。BOSE公司的产 品最大特点是放弃了沿用多年的中、高音号角式设计， 而是采用了全音域扬声器，减少失真，提高保真度 Bose公司由美国麻省理工学院电子工程教授Amar G. Bose博士创建于1964年，是世界上最早的扬声器生产商 之一，也是业内“原音重现技术”的革新者。
根据甲方的要求我们配制出一套旋挖钻机仿真训练 平台建设方案
（一）
概 述
旋 挖
旋挖钻机仿真训练平台的特点
钻 机
符合实际需求，系统的实用性好
仿 真
与甲方充分沟通，了解甲方对旋挖钻机仿真训练平
训
台建设的要求，想甲方之所想，急甲方之所急，增强系
练
统的实用性。
平
台
以服务于仿真训练的需要为核心
建
设
旋挖钻机训练平台的功能充分满足“旋挖钻机驾驶员
真
布局和特性与实车完全是1：1的仿真;力感和行程，也
训
都是1：1仿真。
练 平
部件齐全：有视景系统、声音系统、运动系统、驾驶
台
室和计算机控制系统
建 设
具体作业训练内容充实
方
真实物理过程，真实的人机交互环境，可以用于新型
案
旋挖钻机的研究与开发
特
点
描
述
旋 挖
系统性能指标特点
钻
可利用率高
机 仿
系统响应时间短