CN108932395A - 船用液压升降机运动过程模拟方法 - Google Patents

Abstract

用液压升降机运动过程模拟方法，其特征在于，包括步骤：1)根据液压升降机平台的结构进行部件功能的划分，方法如下：将主要驱动元件为S1和S2段，通过S2的伸缩带动其他杆件的运动；整个设备的旋转运动中心为A点，杆CA以A点为中心上下旋转，杆BD以O1为中心旋转，B点可在水平方向上滑动；本发明的有益效果如下：本发明运用建模思想，针对液压驱动升降机的模型特点，建立相应的运动模型，实现升降机的运动状态控制，更加灵活、真实的模拟实现液压升降机的运动过程。

Description

船用液压升降机运动过程模拟方法

技术领域

本发明涉及虚拟仿真系统的处理，尤其涉及一种船用液压升降机运动过程模拟方法。

背景技术

船上常用液压驱动的升降机对大型的仪器设备进行维护保养工作，尤其科考船，如搭载载人深潜器的母船，对于潜器的维护保养以及人员进出潜器，升降机都是必不可少的仪器设备。

如公布号为CN205899947U涉及升降机技术领域，提供了施工升降机模拟操控系统，包括：操作台板、透明幕布、投影仪、控制器、施工升降机模拟控制器和音响设备；施工升降机模拟控制器，与控制器、投影仪、音响设备相连接；操作台板与施工升降机台板相一致，与控制器相连接；透明幕布紧贴于升降机梯笼正前面，投影仪的投影光路对准透明幕布，用于显示施工升降机模拟控制器的影像结果。本实用新型通过控制器捕捉操作台板上每个按键的信号，再通过施工升降机模拟控制器从图像、声音上精确模拟升降机上升、下降、暂停、置顶、到底等楼层变换的状态，无需在施工作业现场对施工升降机从业人员进行培训，操作简单，不会耽误工程，亦不会损坏设备，更加安全、节约成本。

三维船舶虚拟仿真系统中就需要对升降机模型进行控制实现，现有仿真系统中一般采用动画的方式实现升降机的运动模拟，模拟效果比较单一、不灵活，本发明针对这一问题，以船用液压驱动为研究对象，提出了一种升降机模型的控制算法，可更加真实、灵活的模拟升降机的运动状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种船用液压升降机运动过程模拟方法，本发明运用建模思想，针对液压驱动升降机的模型特点，建立相应的运动模型，实现升降机的运动状态控制，更加灵活、真实的模拟实现液压升降机的运动过程。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种船用液压升降机运动过程模拟方法，其特征在于，包括步骤：

1)根据液压升降机平台的结构进行部件功能的划分，方法如下：

将主要驱动元件为S1和S2段，通过S2的伸缩带动其他杆件的运动；整个设备的旋转运动中心为A点，杆CA以A点为中心上下旋转，杆BD以O1为中心旋转，B点可在水平方向上滑动；

同理，CE段以C点为中心旋转，DF段以O2点为中心旋转；液压杆位于左右两侧可转动杆件的横梁上，所以G点与C点的旋转情况相同，H点与E点的旋转情况相同，S1、S2段分别以G点和H点为中心进行旋转并始终朝向对方的旋转中心点，以保障两部分模型的平行状态；

2)以固定连接杆件CA段的旋转变化角度θ为控制变量，各可转动部件以自身旋转中心建立局部坐标系，通过坐标系之间的矩阵变换以及旋转角度的控制即可实现升降机的运动模拟。上述步骤2)中，控制变量变化θ角度前后，各点位置的计算方法具体如下：

对于C点，设C点到A点的平移矩阵为TC，C点绕A点进行旋转变换的矩阵为SA，C点绕A点旋转的合变换矩阵为M，其中：(x_A，y_A，z_A)为A点坐标，(x_C，y_C，z_C)为C点未旋转前坐标，(x_C′，y_C′，z_C′)为C点旋转θ角之后的坐标，则有：

M＝T_C·S_A·(-T_C) (3)

(x_C′，y_C′，z_C′，1)＝(x_C，y_C，z_C，1)·T_C·S_A·(-T_C) (4)

G点和O1点旋转变换后的位置求取与C点相同，而D点是在O1点的基础上进行反向旋转，即角度为-θ，计算公式与C点相同，以此类推可以求取所有节点的位置；

对于液压杆模型的方向控制，由于两者始终保持平行同步，所以旋转变化的角度值相等，G点和H点在控制变量的变化前后位置可根据公式(1)-(4)进行计算，当控制变量变化θ时，设液压杆模型围绕自身旋转中心变化角度β，计算公式为：

其中，为旋转前G、H两点连线的向量，为旋转后G、H两点连线的向量。根据公式(5)计算出β值的大小，S1段模型围绕G点根据旋转矩阵进行β角度大小旋转，旋转方向与θ相反；S2段模型围绕H点进行β角度大小的旋转矩阵变换，旋转方向与θ相同；同理可计算出上面的液压杆各运动部分的模型位置和方向，实现液压驱动的升降机整体模型的控制。

本发明的有益效果如下：本发明运用建模思想，针对液压驱动升降机的模型特点，建立相应的运动模型，实现升降机的运动状态控制，更加灵活、真实的模拟实现液压升降机的运动过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是升降机简化结构分析图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图所述，一种船用液压升降机运动过程模拟方法，包括步骤：

1)根据液压升降机平台的结构进行部件功能的划分，方法如下：

将主要驱动元件为S1和S2段，通过S2的伸缩带动其他杆件的运动；整个设备的旋转运动中心为A点，杆CA以A点为中心上下旋转，杆BD以O1为中心旋转，B点可在水平方向上滑动；

同理，CE段以C点为中心旋转，DF段以O2点为中心旋转；液压杆位于左右两侧可转动杆件的横梁上，所以G点与C点的旋转情况相同，H点与E点的旋转情况相同，S1、S2段分别以G点和H点为中心进行旋转并始终朝向对方的旋转中心点，以保障两部分模型的平行状态；

2)以固定连接杆件CA段的旋转变化角度θ为控制变量，各可转动部件以自身旋转中心建立局部坐标系，通过坐标系之间的矩阵变换以及旋转角度的控制即可实现升降机的运动模拟。上述步骤2)中，控制变量变化θ角度前后，各点位置的计算方法具体如下：

对于C点，设C点到A点的平移矩阵为TC，C点绕A点进行旋转变换的矩阵为SA，C点绕A点旋转的合变换矩阵为M，其中：(x_A，y_A，z_A)为A点坐标，(x_C，y_C，z_C)为C点未旋转前坐标，(x_C′，y_C′，z_C′)为C点旋转θ角之后的坐标，则有：

M＝T_C·S_A·(-T_C) (3)

(x_C′，y_C′，z_C′，1)＝(x_C，y_C，z_C，1)·T_C·S_A·(-T_C) (4)

G点和O1点旋转变换后的位置求取与C点相同，而D点是在O1点的基础上进行反向旋转，即角度为-θ，计算公式与C点相同，以此类推可以求取所有节点的位置；

对于液压杆模型的方向控制，由于两者始终保持平行同步，所以旋转变化的角度值相等，G点和H点在控制变量的变化前后位置可根据公式(1)-(4)进行计算，当控制变量变化θ时，设液压杆模型围绕自身旋转中心变化角度β，计算公式为：

其中，为旋转前G、H两点连线的向量，为旋转后G、H两点连线的向量。根据公式(5)计算出β值的大小，S1段模型围绕G点根据旋转矩阵进行β角度大小旋转，旋转方向与θ相反；S2段模型围绕H点进行β角度大小的旋转矩阵变换，旋转方向与θ相同；

同理可计算出上面的液压杆各运动部分的模型位置和方向，实现液压驱动的升降机整体模型的控制。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.船用液压升降机运动过程模拟方法，其特征在于，包括步骤：

1)根据液压升降机平台的结构进行部件功能的划分，方法如下：

将主要驱动元件为S1和S2段，通过S2的伸缩带动其他杆件的运动；整个设备的旋转运动中心为A点，杆CA以A点为中心上下旋转，杆BD以O1为中心旋转，B点可在水平方向上滑动；

同理，CE段以C点为中心旋转，DF段以O2点为中心旋转；液压杆位于左右两侧可转动杆件的横梁上，所以G点与C点的旋转情况相同，H点与E点的旋转情况相同，S1、S2段分别以G点和H点为中心进行旋转并始终朝向对方的旋转中心点，以保障两部分模型的平行状态；

2)以固定连接杆件CA段的旋转变化角度θ为控制变量，各可转动部件以自身旋转中心建立局部坐标系，通过坐标系之间的矩阵变换以及旋转角度的控制即可实现升降机的运动模拟。

2.如权利要求1所述的、船用液压升降机运动过程模拟方法，其特征在于，上述步骤2)中控制变量变化θ角度前后，各点位置的计算方法具体如下：

对于C点，设C点到A点的平移矩阵为TC，C点绕A点进行旋转变换的矩阵为SA，C点绕A点旋转的合变换矩阵为M，其中：(x_A，y_A，z_A)为A点坐标，(x_C，y_C，z_C)为C点未旋转前坐标，(x_C′，y_C′，z_C′)为C点旋转θ角之后的坐标，则有：

M＝T_C·S_A·(-T_C) (3)

(x_C′，y_C′，z_C′，1)＝(x_C，y_C，z_C，1)·T_C·S_A·(-T_C) (4)

G点和O1点旋转变换后的位置求取与C点相同，而D点是在O1点的基础上进行反向旋转，即角度为-θ，计算公式与C点相同，以此类推可以求取所有节点的位置；

对于液压杆模型的方向控制，由于两者始终保持平行同步，所以旋转变化的角度值相等，G点和H点在控制变量的变化前后位置可根据公式(1)-(4)进行计算，当控制变量变化θ时，设液压杆模型围绕自身旋转中心变化角度β，计算公式为：

其中，为旋转前G、H两点连线的向量，为旋转后G、H两点连线的向量。根据公式(5)计算出β值的大小，S1段模型围绕G点根据旋转矩阵进行β角度大小旋转，旋转方向与θ相反；S2段模型围绕H点进行β角度大小的旋转矩阵变换，旋转方向与θ相同；

同理可计算出上面的液压杆各运动部分的模型位置和方向，实现液压驱动的升降机整体模型的控制。