探索基于pc平台cave系统的集装箱装卸仿真系统的研究

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1、分类号UDC密级单何代码Y85590110151基王￡旦壬鱼Q业呈丕统的篡苤箍苤鲍呼伟指导教师翌勇职称数援学位授予单位太蓬渔重盍堂申请学位级别王堂亟尘学科与专业窒道篮!垦王摆丛整剑论文完成H划2QQ§笙2旦论文答辩日期2Q竖生3旦答辩委员会主席石名司摘要集装箱装卸的效率和安全是制约集装箱运输效率和安全的重要因素，因此，需要加强超重机操作人员的培训，提高其业务水平。和传统的培训系统相比，采用仿真系统进行培训不仅提高了训练质量，而且缩短了训练周期；既不影响港口的正常生产，也可杜绝由培训引发的事故。岸边集装箱起重机模拟器的关键技术包括：系统的运动模型，虚拟场景，显示及控制系统等。本文作者着

2、重研究了系统的运动模型，建立了虚拟场景并搭建了基于Pc平台的CAVE系统作为显示系统。集装箱起重机起升机制的高度复杂性使得系统的动力学模型极其复杂。外界的影响可以使吊具产生不规则的振动，即使在没有外力影响的情况下，惯性作用也可以使吊具产生摆动。在建立系统的运动模型时，以往的方法都是把缆绳和货物组成的系统当作单摆来建立模型，本文在吊具的模型中加入了一个倾斜角并用Euler—Lagrange方程建立了系统的运动方程。该模型可以模拟吊具随缆绳的不规则摆动及吊具由于惯性作用而产生的摆动，还可以模拟在减摇控制装置起作用时，货物摇摆角的收敛情况。集装箱装卸模拟器的碰撞模型是在三维空间中完成的。在

3、集装箱装卸模拟器的碰撞模型中存在着许多不确定因素，如当吊起集装箱之前，运动的物体只有吊具，当集装箱被吊起后，运动的物体就变成吊具与集装箱组成的系统，吊具上的四个导板是单独驱动的，而且吊具还会不规则的摆动，这些使碰撞模型变得很复杂。本文采用基于包围盒树的碰撞检测在虚拟场景中进行实时的检测。根据实体的受力情况，采用动量定理计算出碰撞引起的实体速度的变化，并以新的实体运动速度为初速度建立新的实体运动方程。本系统中的碰撞模型可以模拟垂直和水平方向的碰撞效果。虚拟的港口环境用MultiGenCreator建立，虚拟系统的实时引擎由Vtree4．02SDK驱动。在虚拟场景中可以模拟雾、I：何、雪

4、等天气情况并可模拟它们的声音。视景系统采用皋丁

5、PC平台的CAVE系统。本文还包括教练台系统的设计和部分功能的实现。该系统可以完成的主要功能包括：场景参数设置、操作训练环境设定、船舶配裁集装箱类型设定、系统控制及仿真过程监视、仿真过程的记录、重演和评分等。关键词：集装箱装卸仿真系统；运动方程；碰撞检测；碰撞响应；CAVE系统AbstractTheefficiencyandsafetyofcontainerloadingandunloadingareimportantfactorsofcontainershipping．Soweneedtostrengthenthetrainingof

6、craneoperatortodeveloptheiroperationtechnique，Comparedwithtraditionaltrainingsystem，thesimulatorcannotonlyimprovethetrainingquality,butalsoreducethetrainingperiodandputanendtoincidentarisenbytraining．Keytechnologiesofcontainercranesimulatorinclude：modelofmotion，virtualenvironment，visualsysteman

7、dcontroldevice．Inthispaper，theauthorhasresearchedonequationsofmotion，collisiondetectionandcreatedthevirtualenvironment．Thehighlycomplicatedhoistingmechanismusedincontainercranesresultsincomplexsystemdynamics．Externalinfluences，suchaswind，canproducein-planeandout—of-planependulumvibrationsaswell

8、asverticaloscillationsofthepayload．Evenintheabsenceofexternalinfluences，inertiaforcesduetothemotionofthecranecaninducesignificantpayloadpendulumvibration．Incontrastwithtraditionalwork，whichmodeledacraneasasinglependulumconsistingo