一种推土铲内动态土壤仿真建模方法技术

本发明专利技术公开了一种推土铲内动态土壤仿真建模方法，首先预先对推土铲动态生成的土块、三维地形网格及推土机进行三维建模；然后根据地形及推土铲相对位置，动态生成数量不等的土块，并计算土块位移、速度、角速度等信息；根据推土铲当前位置，实时改变推土铲作用范围内地形；最后根据铲前土堆体积，对推土机推土过程中的运动速度进行模拟。本发明专利技术可以在粘土、沙石及土块等工况下对推土机推土时铲内土块的运动过程进行仿真，具有运算量小、模拟效果逼真，可推广应用于不同型号推土机，挖掘机等工程机械仿真建模，具有极大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机仿真领域，具体地说是一种推土铲内动态土壤仿真方法。
技术介绍
推土机是各种建筑工程综合机械化施工不可缺少的技术装备，并且已被广泛地应用于工业、水电建设、矿山开采、交通、国防等经济建设的各个领域，是缩短施工工期，提高工程质量、节省施工费用的重要保证。虚拟训练设备可为受训人员提供一个反复熟悉操作的逼真模拟训练环境，提高训练效率和训练安全性，降低训练成本，具有十分显著的经济效应。另外大型工程机械产品受使用环境、位置空间等限制，无法采用实物进行产品宣传和功能展示，因此虚拟训练设备可替代实物用于新型号、新产品的功能展示，具有极大的应用价值。在推土机模拟器方面，目前检索到仅有卡特彼勒公司开发了推土机模拟器，其采用手柄连接主机进行控制，用前后两个显示器进行推土、松土过程显示，其操作方式与真实机械完全一致，可使操作者快速熟悉推土机的基本操作，且模拟的推土过程较为逼真，用户体验感也很强。目前在国内，一些高校和相关研制单位在此研究领域一直在积极开展研究，但与国际先进水平相比，有较大的差距。主要体现如下:1.虽然建立了挖掘机、叉车等工程机械模拟器，但由于推土机模拟器的一些关键技术(如土块碰撞翻滚运动，推土机车体六自由度运动仿真建模技术)没有突破，到目前为止还未开发出可供人员训练的推土机模拟器；2.国内一些研究机构尝试用基于力学原理或基于ADMAS仿真软件来模拟土块之间的碰撞翻滚运动，但存在运算量过于庞大，无法满足模型训练过程中实时操控响应的要求。另外一些开发单位采用三维动画效果模拟推土机推土过程，但存在画面粗糙，模拟效果较差等问题，无法使受训者达到身临其境的感觉。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。实现本专利技术目的的技术解决方案为:一种推土铲内动态土壤仿真方法，步骤如下:步骤1、建立土块三维模型，同时设置土块的颜色、尺寸、形状，使生成的土块与实际推土机推土时产生的土块在形状、颜色及尺寸上接近；步骤2、建立地形三维模型，同时设置地形网格之间距离及地形颜色，所述网格之间距离为50mm ；步骤3、根据推土机实际尺寸，建立推土机整车三维模型；步骤4、根据推土机运动速度来确定车体的位移、方向；具体包括以下步骤:步骤4-1、通过车辆的运动速度、时间的乘积，确定车辆在X、Y、Z三个方向的位移，计算公式为:Xt+1=Xt+Vx* Δ t ；Yt+1=Yt+Vy* Δ t ；Zt+1=Zt+Vz* Δ t ；其中Xt+1、Yt+1、Zt+1是t+1时刻的横坐标X、纵坐标Y、高度Z的位置，Xt、Yt、Zt是t时刻的三个坐标的位置，Vx、Vy、Vz是t时刻车辆的三个坐标的速度，AtSt时刻到t+1时刻的时间；步骤4-2、通过车辆运动的速度，求得车辆的运动方向，计算公式为:C=actag (Vx/Vy)其中C为车辆的运动方向，Vx、Vy是车辆的横坐标、纵坐标上的速度。步骤5、根据地形及推土铲相对位置，动态生成数量不等的土块，并设置土块初始位置及速度；具体包括以下步骤:步骤5-1、设置采样点，在推土铲底部横向均匀布置7个半径为20厘米的采样点；步骤5-2、获取推土机的行驶状态，向前行驶为1，停止为O,后退为-1,只有当推土机向前行驶时，才动态生成土块；步骤5-3、将采样点坐标转换到地形网格空间坐标，转换公式如下:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种推土铲内动态土壤仿真建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立土块三维模型，同时设置土块的颜色、尺寸、形状，使生成的土块与实际推土机推土时产生的土块在形状、颜色及尺寸上接近；步骤2、建立地形三维模型，同时设置地形网格之间距离及地形颜色，所述网格之间距离为50mm；步骤3、根据推土机实际尺寸，建立推土机整车三维模型；步骤4、根据推土机运动速度来确定车体的位移、方向；步骤5、根据地形及推土铲相对位置，动态生成数量不等的土块，并设置土块初始位置及速度；步骤6、对土块与土块，土块与推土铲进行碰撞检测，完成土块碰撞后的动力学模拟；步骤7、模拟推土铲内土壤由于铲刀推挤而产生的形变；步骤8、确定推土铲前土壤体积，模拟推土机推土过程中运动速度；步骤9、根据推土铲当前位置，更新推土铲所在区域内地形网格颜色。

【技术特征摘要】
1.一种推土铲内动态土壤仿真建模方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、建立土块三维模型，同时设置土块的颜色、尺寸、形状，使生成的土块与实际推土机推土时产生的土块在形状、颜色及尺寸上接近； 步骤2、建立地形三维模型，同时设置地形网格之间距离及地形颜色，所述网格之间距离为50_ ； 步骤3、根据推土机实际尺寸，建立推土机整车三维模型； 步骤4、根据推土机运动速度来确定车体的位移、方向； 步骤5、根据地形及推土铲相对位置，动态生成数量不等的土块，并设置土块初始位置及速度； 步骤6、对土块与土块，土块与推土铲进行碰撞检测，完成土块碰撞后的动力学模拟； 步骤7、模拟推土铲内土壤由于铲刀推挤而产生的形变； 步骤8、确定推土铲前土壤体积，模拟推土机推土过程中运动速度； 步骤9、根据推土铲当前位置，更新推土铲所在区域内地形网格颜色。2.根据权利要求1所述的推土铲内动态土壤仿真建模方法，其特征在于，步骤4中根据推土机运动速度来计算车体位移及方向，具体包括以下步骤: 步骤4-1、通过车辆的运动速度、时间的乘积，确定车辆在X、Y、Z三个方向的位移，计算公式为:Xt+1=Xt+Vx* Δ t ；Yt+1=Yt+Vy* Δ t ；Zt+1=Zt+Vz* Δ t ； 其中Xt+1、Yt+1、Zt+1是t+1时刻的横坐标X、纵坐标Y、高度Z的位置，Xt、Yt、Zt是t时刻的三个坐标的位置，Vx、Vy, Vz是t时刻车辆的三个坐标的速度，AtSt时刻到t+Ι时刻的时间； 步骤4-2、通过车辆运动的速度，求得车辆的运动方向，计算公式为:C=actag(Vx/Vy) 其中C为车辆的运动方向，Vx、Vy是车辆的横坐标、纵坐标上的速度。3.根据权利要求1所述的推土铲内动态土壤仿真建模方法，其特征在于，步骤5中动态生成数量不等的土块，具体包括以下步骤: 步骤5-1、设置采样点，在推土铲底部横向均匀布置7个半径为20厘米的采样点； 步骤5-2、获取推土机的行驶状态，向前行驶为1，停止为O,后退为-1,只有当推土机向前行驶时，才动态生成土块； 步骤5-3、将采样点坐标转换到地形网格空间坐标，转换公式如下: 4.根据权利要求1所述的推土铲内动态土壤仿真建模方法，其特征在于，步骤6中对土块进行碰撞检测，并完成土块动力学模拟，具体包括以下步骤: 步骤6-1、对土块进行碰撞检测:首先将土块简化为球体，设土块A的球心为Ca,半径为;rA ; 土块B的球心为Cb,半径为rB,表面接触容许距离为δ，则当I Cb-Ca I < rA+rB时，两土块发生相交；rA+rB<|CB-CA| 5? rA+rB+ δ时,认为土块发生接触；当I Cb-Ca | > rA+rB时，两球体相离； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩海良，翟永翠，蒋充剑，刘明皓，杨志铎，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，
类型：发明
国别省市：