一种六自由度的工程机械虚拟实训平台制造技术

本发明专利技术公开了一种六自由度的工程机械虚拟实训平台，包括机构运动平台、液压泵站、控制器和上位机，所述液压泵站包括液压回路和液压缸，所述机构运动平台包括上平台和下平台，所述上平台为运动平台，所述下平台为固定平台，所述上平台和下平台之间通过液压缸连接，所述液压回路驱动液压缸，所述上位机和控制器交互，所述控制器和液压泵站连接，所述上位机通过控制器控制液压缸出力大小及伸缩的位移、速度和加速度，进而操纵上平台实现前后、左右、上下、俯仰、侧翻、扭转六个方向的单一运动或复合运动。本发明专利技术结构简单，设计巧妙；能模拟工程机械虚拟驾驶(转向、颠簸)情况下的体感状态，响应快，成本低。

A 6-DOF Virtual Training Platform for Construction Machinery

The invention discloses a six-degree-of-freedom virtual training platform for construction machinery, which comprises a mechanism motion platform, a hydraulic pump station, a controller and a host computer. The hydraulic pump station comprises a hydraulic circuit and a hydraulic cylinder. The mechanism motion platform comprises an upper platform and a lower platform, the upper platform is a motion platform, the lower platform is a fixed platform, and the upper platform and the lower platform are passed between the upper platform and the lower platform. The hydraulic circuit drives the hydraulic cylinder, and the upper computer and the controller interact. The controller and the hydraulic pump station are connected. The upper computer controls the output of the hydraulic cylinder and the displacement, speed and acceleration of the expansion through the controller, and then controls the upper platform to realize the single or compound movement in six directions: front, back, left, right, up, down, pitch, rollover and torsion. \u3002 The invention has the advantages of simple structure and ingenious design, and can simulate the sensory state of construction machinery under virtual driving (steering and bumping), fast response and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种六自由度的工程机械虚拟实训平台
本专利技术涉及工程机械驾驶虚拟实训领域，具体涉及一种六自由度的工程机械虚拟实训平台。
技术介绍
近年来，虚拟现实(VR)技术的快速发展，促进了虚拟仿真技术、产品在重点行业、特色领域的渗透应用。将VR与工程机械驾驶实训有机结合，革新了工程机械实训模式，可以填补理论教学与实践训练之间的真空带。现有工程机械虚拟实训系统一般仅通过软件视景仿真，视觉上实现了三维效果，但体感不丰富，缺少多维度沉浸感。驾驶座椅已广泛应用于飞行模拟、游戏娱乐，但行业应用特点不同，导致用于工程机械的多维沉浸感平台还未得到实际开发与应用。因此，亟须针对工程机械驾驶特点(低速、颠簸、陡坡)的驾驶座椅，满足虚拟实训的真实感，减小培训成本，达到既高效又环保的目的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种基于Stewart六自由度的并联平台，实现工程机械虚拟实训的六自由度的工程机械虚拟实训平台。本专利技术的实施例提供一种六自由度的工程机械虚拟实训平台，包括机构运动平台、液压泵站、控制器和上位机，所述液压泵站包括液压回路和液压缸，所述机构运动平台包括上平台和下平台，所述上平台为运动平台，所述下平台为固定平台，所述上平台和下平台之间通过液压缸连接，所述液压回路驱动液压缸，所述上位机和控制器交互，所述控制器和液压泵站连接，所述上位机通过控制器控制液压缸出力大小及伸缩的位移、速度和加速度，进而操纵上平台实现前后、左右、上下、俯仰、侧翻、扭转六个方向的单一运动或复合运动。进一步，所述上平台和下平台之间有六根能独立伸缩的液压缸连接，每根液压缸的上端通过角向双杆球头关节轴承连接在上平台内，每根液压缸的下端通过十字轴式万向联轴器连接在下平台内，六根液压缸与上平台和下平台的连接点能分别连接成一上六边形和一下六边形，上六边形和下六边形均包括三条长边和三条短边，且三条长边的长度相同，三条短边的长度相同，长边和短边交替连接，所述上六边形的长边对应下六边形的短边，上六边形的短边对应下六边形的长边。进一步，所述液压泵站还包括油箱、齿轮泵、三相异步电机、电液比例阀、溢流阀，所述油箱上设有吸油过滤器和空气过滤器，所述油箱内装有液压油作为传递介质，液压油经过空气过滤器处理后进入油箱，所述液压油在进入液压回路前经过吸油过滤器处理，所述齿轮泵和三相异步电机之间通过联轴器连接，所述齿轮泵在三相异步电机作用下驱动液压油进入液压回路，所述液压回路上设有电液比例阀和溢流阀，所述电液比例阀和溢流阀为液压回路的控制元件，所述电液比例阀将电信号转换为位移信号，所述溢流阀控制液压缸输出的流量和方向。进一步，所述齿轮泵的出口处设有单向阀，所述液压回路上还连接压力表，液压回路和压力表之间设有单向阀，所述液压缸的入口处设有叠加式液控单向阀，所述油箱上还设有液位计。进一步，所述控制器通过调节电液比例阀的输入信号来控制每根液压缸的输入流量，驱动液压缸的伸缩，从而呈现出不同位置姿态。进一步，所述液压缸上安装有位移传感器，所述位移传感器将检测到的实际位移反馈至控制器，实现闭环控制。进一步，还包括系统电源，所述系统电源给上位机、控制器和液压泵站供电。与现有技术相比，本专利技术结构简单，设计巧妙；能模拟工程机械虚拟驾驶(转向、颠簸)情况下的体感状态，响应快，成本低。附图说明图1为本专利技术一种六自由度的工程机械虚拟实训平台的一示意图。图2是图1中机构运动平台和液压缸的示意图。图3是图1中液压泵站的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本专利技术的实施例提供了一种六自由度的工程机械虚拟实训平台，包括机构运动平台1、液压泵站2、控制器3、上位机4和系统电源5。系统电源5给上位机4、控制器3和液压泵站2供电。请参考图3，所述液压泵站2包括液压回路21、液压缸22、油箱23、齿轮泵24、三相异步电机25、电液比例阀26、溢流阀27、联轴器28和压力表29，所述油箱23上设有吸油过滤器231、空气过滤器232和液位计233，所述油箱23内装有符合清洁度、粘度要求的液压油作为传递介质，液压油经过空气过滤器232处理后进入油箱23，所述液压油在进入液压回路21前经过吸油过滤器231处理，液压回路21驱动液压缸22，齿轮泵24和三相异步电机25提供动力支持，所述齿轮泵24和三相异步电机25之间通过联轴器28连接，齿轮泵24的出口处设有单向阀241，通过吸油过滤器231和单向阀241防止污物进入液压缸22和防止系统压力回冲的作用，所述齿轮泵24在三相异步电机25作用下驱动液压油进入液压回路21，所述液压回路21上设有电液比例阀26和溢流阀27，所述电液比例阀26和溢流阀27为液压回路21的控制元件，所述电液比例阀26将电信号转换为位移信号，并根据输入的电信号产生相应动作，使工作阀芯产生位移，阀口尺寸发生变化，完成与输入电压成比例的压力、流量输出，所述溢流阀27控制液压缸22输出的流量和方向，溢流阀27对液压回路21进行保护，防止油压过大，所述液压回路21上连接压力表29，液压回路21和压力表29之间设有单向阀291，所述液压缸22的入口处设有叠加式液控单向阀221，六根液压缸22是整个平台的执行元器件和并联机构平台的驱动杆与支撑杆，输出液压油分成六路，分别经电液比例阀26后进入液压缸22，来实现机构运动平台1的六自由度运动。请参考图2，机构运动平台1包括上平台11和下平台12，所述上平台11为运动平台，所述下平台12为固定平台，所述上平台11和下平台12之间通过液压缸22连接，上平台11和下平台12之间优选有六根能独立伸缩的液压缸22连接，每根液压缸22的上端通过角向双杆球头关节轴承13连接在上平台11内，能够保证液压缸22和上平台11绕着角向双杆球头关节轴承13中心进行旋转，同时限制它们在XYZ方向上的相对移动，具有三个自由度，每根液压缸22的下端通过十字轴式万向联轴器14连接在下平台12内，十字轴式万向联轴器14采用小方块与十字销轴连接，可以实现液压缸22在空间内的转动，六根液压缸22与上平台11和下平台12的连接点能分别连接成一上六边形和一下六边形，上六边形和下六边形均包括三条长边和三条短边，且三条长边的长度相同，三条短边的长度相同，长边和短边交替连接，所述上六边形的长边对应下六边形的短边，上六边形的短边对应下六边形的长边，通过六根液压缸22杆长的变化，上平台11可以实现六自由度(前后、左右、上下、俯仰、侧翻、扭转)以及任意自由度组合的运动，从而模拟工程机械在驾驶过程中出现的转向、颠簸等工况。上位机4和控制器3交互，所述控制器3和液压泵站2连接，液压缸22上安装有位移传感器(图中未示出)，所述位移传感器将检测到的实际位移反馈至控制器3，进而实现闭环控制，所述上位机4通过控制器3控制液压缸出力大小及伸缩的位移、速度和加速度，进而操纵上平台实现前后、左右、上下、俯仰、侧翻、扭转六个方向的单一运动或复合运动，优选地，控制器3通过调节电液比例阀26的输入信号来控制每根液压缸22的输入流量，驱动液压缸22的伸缩，从而呈现出不同位置姿态。上位机4获取用户输入指令(3个平移量：x、y、z；3个转动量：俯仰角α、侧倾角β、扭转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六自由度的工程机械虚拟实训平台，其特征在于，包括机构运动平台、液压泵站、控制器和上位机，所述液压泵站包括液压回路和液压缸，所述机构运动平台包括上平台和下平台，所述上平台为运动平台，所述下平台为固定平台，所述上平台和下平台之间通过液压缸连接，所述液压回路驱动液压缸，所述上位机和控制器交互，所述控制器和液压泵站连接，所述上位机通过控制器控制液压缸出力大小及伸缩的位移、速度和加速度，进而操纵上平台实现前后、左右、上下、俯仰、侧翻、扭转六个方向的单一运动或复合运动。

【技术特征摘要】
1.一种六自由度的工程机械虚拟实训平台，其特征在于，包括机构运动平台、液压泵站、控制器和上位机，所述液压泵站包括液压回路和液压缸，所述机构运动平台包括上平台和下平台，所述上平台为运动平台，所述下平台为固定平台，所述上平台和下平台之间通过液压缸连接，所述液压回路驱动液压缸，所述上位机和控制器交互，所述控制器和液压泵站连接，所述上位机通过控制器控制液压缸出力大小及伸缩的位移、速度和加速度，进而操纵上平台实现前后、左右、上下、俯仰、侧翻、扭转六个方向的单一运动或复合运动。2.根据权利要求1所述的六自由度的工程机械虚拟实训平台，其特征在于，所述上平台和下平台之间有六根能独立伸缩的液压缸连接，每根液压缸的上端通过角向双杆球头关节轴承连接在上平台内，每根液压缸的下端通过十字轴式万向联轴器连接在下平台内，六根液压缸与上平台和下平台的连接点能分别连接成一上六边形和一下六边形，上六边形和下六边形均包括三条长边和三条短边，且三条长边的长度相同，三条短边的长度相同，长边和短边交替连接，所述上六边形的长边对应下六边形的短边，上六边形的短边对应下六边形的长边。3.根据权利要求1所述的六自由度的工程机械虚拟实训平台，其特征在于，所述液压泵站还包括油箱、齿轮泵、三相异步电机、电液比例阀、溢流阀，所述油...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵权，文国军，王玉丹，王巍，刘浩杰，康涛，夏雨，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42