一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统及方法，包括下位机控制终端、通信模块和计算机；下位机控制终端包括两个二自由度摇杆和控制器；两个二自由度摇杆输出端均与控制器的输入端连接；控制器输出端通过通信模块和上位机显示终端连接，控制器用于将两个二自由度摇杆的动作数据发送给上位机显示终端；计算机存储有包含挖掘机模型的Solidworks三维建模软件，计算机用于定义挖掘机模型的不同动作部位对应两个二自由度摇杆的不同动作，且用于提取通信模块发送数据中代表两个二自由度摇杆动作的数据，并将提取的数据赋值给与该数据对应动作部位参数。不需要对每个部件之间运动的相关性建立运动学模型。

A system and method of virtual visualization of excavator attitude

【技术实现步骤摘要】
一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统及方法
本专利技术属于工程机械建模领域，涉及一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统及方法。
技术介绍
随着我国各类基建项目的不断推进，挖掘机作为重要的工程机械，在交通建设、城市改造、矿山开采等领域扮演着不可替代的角色。挖掘机姿态展现作为一项重要的技术在挖掘机操作培训以及挖掘机远程自动控制等领域具有不可忽视的作用。现有的挖掘机姿态虚拟展现技术大多是基于一些游戏引擎，比如unity3D引擎进行开发。这种方法不仅需要额外开发显示界面，而且还需要在建立的挖掘机模型中，建立各个运动部件之间的运动学模型，才能实现各个部件间相互动作的直接关联，往往对开发者编程能力要求较高，有时会影响非计算机专业开发人员的开发效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统及方法，无需额外开发显示界面，不需要额外对每个部件之间的构建运动学关系，便能够实现挖掘机动作姿态的虚拟可视化展现。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统，包括下位机控制终端、通信模块和上位机显示终端；下位机控制终端包括两个二自由度摇杆和控制器；两个二自由度摇杆输出端均与控制器的输入端连接；控制器输出端通过通信模块和上位机显示终端连接，控制器用于将两个二自由度摇杆的动作数据发送给上位机显示终端；上位机显示终端采用计算机，计算机存储有包含挖掘机模型的Solidworks三维建模软件，计算机用于定义挖掘机模型的不同动作部位对应两个二自由度摇杆的不同动作，且用于提取通信模块发送数据中代表两个二自由度摇杆动作的数据，并将提取的数据赋值给与该数据对应动作部位参数。优选的，二自由度摇杆采用电位计。优选的，控制器选用STM32单片机。优选的，通信模块采用WiFi模块、蓝牙模块、2.4G无线串口模块、无线射频模块或zigbee模块。优选的，无线通信模块采用JDY-402.4G无线串口模块。一种基于上述任意一项所述系统的挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的方法，包括以下步骤；步骤一，在计算机的Solidworks三维建模软件中建立挖掘机模型；步骤二，对挖掘机模型中四个动作部位进行装配关系定义，对于挖掘机模型上相互直线移动的两个部件，建立两个与移动方向垂直的移动辅助面，并且定义两个移动辅助面的装配关系类型为距离，将距离值参数定义为变量；对于挖掘机模型上相互转动的两个部件，建立两个与轴线平行的转动辅助面，并且定义两个转动辅助面的装配关系类型为角度，将角度值参数定义为变量；步骤三，设定通信模块发送的每一帧数据中的其中4位，分别代表两个二自由度摇杆的两个前后动作和两个左右动作；定义二自由度摇杆的不同动作对应挖掘机模型的不同的动作部位；步骤四，在计算机中定义四个变量ch1、ch2、ch3和ch4，通信模块将两个二自由度摇杆的动作数据发送给计算机，四个变量分别提取通信模块发送数据中代表两个二自由度摇杆动作的4位数据；步骤五，将每个变量提取的数据赋值给与该数据对应动作部位的距离值参数或角度值参数，挖掘机模型的每个动作部位，根据自身的距离值参数或角度值参数，进行动作。优选的，两个二自由度摇杆的两个前后动作和两个左右动作，分别代表挖掘机模型中动臂油缸的伸缩、斗杆油缸的伸缩、铲斗油缸的伸缩和回转平台的回转。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述系统通过在Solidworks三维建模软件中建立挖掘机模型的上位机，并定义工作装置部件间的装配关系，能够将二自由度摇杆的动作指令参数赋予至上位机设定的装配关系的参数，将二自由度摇杆动作传输给上位机，上位机能够在Solidworks三维建模软件中体现对应的挖掘机模型动作，不需要对每个部件之间的相关性进行编辑，便实现挖掘机动作姿态的虚拟可视化展现。所述系统通过利用基于电位计的二自由度摇杆来模拟挖掘机的操作手柄，与真实情况下的挖掘机操作相比，还原度较高；所述系统构建的以单片机为核心控制器的下位机控制终端属于开源系统，与市场上常见的非开源手柄相比，可以依据系统运行的情况修改下位机程序代码，便于调试；所述系统的上位机，除了需要安装Solidworks软件以及运行上位机程序所必须的运行环境外，无需安装其他专业的软件，而Solidworks软件是广大工程技术人员较为常用的软件，所述的运行环境也为大多数计算机所具备，因此不会给用户造成额外的负担。本专利技术所述方法，通过在Solidworks三维建模软件中建立挖掘机模型，并定义工作装置部件间的装配关系，无需额外建立虚拟姿态显示界面；结合Solidworks软件的特点，当挖掘机工作装置两个部件间的装配关系确定时，其运动的关联关系便也确定了，无需额外构建部件间的运动学模型；所述方法通过控制挖掘机模型的各工作装置油缸的伸缩量来控制连杆工作装置的运动姿态，与真实情况下的挖掘机运动控制相比，还原度较高。附图说明图1为本专利技术的所述方法的整体思路以及总体程序流程图。图2为本专利技术的所述系统的结构示意图。图3为本专利技术所述挖掘机的结构示意图。图4为本专利技术的下位机控制终端主要元件的连接关系图。图5为本专利技术中代表铲斗油缸伸缩量长度的装配关系示意图。图6为本专利技术中代表回转平台旋转角度的装配关系示意图。图7为本专利技术中上位机通讯参数设置界面示意图。图8为本专利技术中二自由度摇杆操作示意图。图9为本专利技术中下位机程序流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：本专利技术所述的一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统及方法，包括硬件系统和软件系统。如图2所示，硬件系统包括下位机控制终端、无线通信模块以及上位机显示终端。软件系统包括摇杆参数的数据转换程序，下位机控制终端数据的发送程序，上位机显示终端的接收程序以及对Solidworks软件进行二次开发的程序。下位机控制终端主要由二自由度摇杆，STM32单片机构成，两者按照图4所示的方式进行连接；两个二自由度摇杆输出端均与STM32单片机的ADC模块输入端连接，STM32单片机通过无线通信模块和上位机显示终端连接。下位机控制终端的二自由度摇杆采用电位计。下位机控制终端的控制器选用STM32单片机。无线通信模块可以为WiFi模块、蓝牙模块、2.4G无线串口模块、zigbee模块等。本实施例优选地，无线通信模块选用JDY-402.4G无线串口模块。所述上位机显示终端为可运行Solidworks三维建模软件的计算机。如图5所示，为实际状态的挖掘机。定义装配关系：在挖掘机的solidworks装配体模型中定义好与挖掘机姿态相关的装配关系。以铲斗油缸的伸缩长度和回转平台的转角为例。如图5所示，对于铲斗油缸的伸缩长度，分别在铲斗油缸缸径的端面和活塞杆的端面建立两个辅助面，并且定义两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统，其特征在于，包括下位机控制终端、通信模块和上位机显示终端；/n下位机控制终端包括两个二自由度摇杆和控制器；两个二自由度摇杆输出端均与控制器的输入端连接；控制器输出端通过通信模块和上位机显示终端连接，控制器用于将两个二自由度摇杆的动作数据发送给上位机显示终端；/n上位机显示终端采用计算机，计算机存储有包含挖掘机模型的Solidworks三维建模软件，计算机用于定义挖掘机模型的不同动作部位对应两个二自由度摇杆的不同动作，且用于提取通信模块发送数据中代表两个二自由度摇杆动作的数据，并将提取的数据赋值给与该数据对应动作部位参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统，其特征在于，包括下位机控制终端、通信模块和上位机显示终端；
下位机控制终端包括两个二自由度摇杆和控制器；两个二自由度摇杆输出端均与控制器的输入端连接；控制器输出端通过通信模块和上位机显示终端连接，控制器用于将两个二自由度摇杆的动作数据发送给上位机显示终端；
上位机显示终端采用计算机，计算机存储有包含挖掘机模型的Solidworks三维建模软件，计算机用于定义挖掘机模型的不同动作部位对应两个二自由度摇杆的不同动作，且用于提取通信模块发送数据中代表两个二自由度摇杆动作的数据，并将提取的数据赋值给与该数据对应动作部位参数。


2.根据权利要求1所述的一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统，其特征在于，二自由度摇杆采用电位计。


3.根据权利要求1所述的一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统，其特征在于，控制器选用STM32单片机。


4.根据权利要求1所述的一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统，其特征在于，通信模块采用WiFi模块、蓝牙模块、2.4G无线串口模块、无线射频模块或zigbee模块。


5.根据权利要求1所述的一种挖掘机姿态进行虚拟可视化展现的系统，其特征在于，无线通信模块采用JDY-402.4G无线串口模块。


6.一种基于权利要求1-5任意一项所述系...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟，刘金凤，张现广，杨国松，王虹霞，王鑫，张红妮，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61