專利名稱：一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種駕駛模擬器，特別是關(guān)于一種某型號(hào)拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)。
背景技術(shù)：
駕駛模擬器是利用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)營(yíng)造一個(gè)虛擬的駕駛訓(xùn)練環(huán)境，人們通過駕 駛模擬器的操作部件與虛擬的環(huán)境進(jìn)行交互，從而進(jìn)行駕駛訓(xùn)練。廣義上的駕駛模擬器包 括汽車駕駛模擬器、飛機(jī)駕駛模擬器以及船舶駕駛模擬器等等。相對(duì)于其他駕駛模擬器，汽 車駕駛模擬器是應(yīng)用最為廣泛的。汽車駕駛模擬器，又稱為汽車模擬駕駛仿真系統(tǒng)，是一種 能正確模擬汽車駕駛動(dòng)作，獲得實(shí)車駕駛感覺的仿真設(shè)備。它集合了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、機(jī)械傳 動(dòng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、三維實(shí)時(shí)渲染技術(shù)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)， 能根據(jù)駕駛者輸入的加速、剎車或轉(zhuǎn)向等信號(hào)按數(shù)學(xué)方法計(jì)算出車輛的預(yù)期行為，并通過 視頻和音頻設(shè)備反饋給駕駛者。借助于駕駛模擬器，能對(duì)汽車-駕駛員-道路(環(huán)境)相互 作用關(guān)系進(jìn)行研究，也能對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行訓(xùn)練。由于具有安全性高、再現(xiàn)性好、可開發(fā)性強(qiáng) 和成本低等顯著特點(diǎn)，近年來，研究開發(fā)型駕駛模擬器已成為國(guó)際上的一個(gè)重要發(fā)展方向。拖拉機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械中重要的一類，對(duì)于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵性的作用。近 年來，拖拉機(jī)的大量投入使用，對(duì)減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)、促進(jìn)我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了巨大的推動(dòng) 作用。政府補(bǔ)貼的力度加大，使得更多農(nóng)戶購買并駕駛拖拉機(jī)，從農(nóng)業(yè)部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看， 2006年全國(guó)拖拉機(jī)擁有量達(dá)到了 1728. 34萬臺(tái)，已經(jīng)達(dá)到較高的農(nóng)機(jī)化程度。農(nóng)村物質(zhì)文 化水平不斷提高，駕駛?cè)藛T對(duì)駕駛室提出了越來越高的要求，已不滿足于在駕駛室里只是 完成操縱動(dòng)作，而且還要求在駕駛過程中，能夠減輕疲勞，舒適方便，進(jìn)而提高作業(yè)效率，保 證駕駛員的身體安全和健康。拖拉機(jī)作業(yè)環(huán)境惡劣，連續(xù)高負(fù)荷工作時(shí)間長(zhǎng)、行走速度慢、 環(huán)境溫度高、灰塵多、噪聲大、駕駛員工作單調(diào)乏味，而且企業(yè)設(shè)計(jì)水平不足，過多控制成 本，使得一些意外事故和駕駛員職業(yè)病頻繁發(fā)生。這些事故的原因主要是主觀性違法違章， 也有一部原因是駕駛室的設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致駕駛員誤操作或者不能及時(shí)制止事故發(fā)生。研 究開發(fā)農(nóng)業(yè)裝備駕駛室虛擬人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，可以使農(nóng)業(yè)裝備生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計(jì)人 員方便地對(duì)農(nóng)業(yè)裝備駕駛室的人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，以改善產(chǎn)品性能，縮短產(chǎn)品生產(chǎn) 周期，降低生產(chǎn)成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)作為農(nóng)業(yè)裝備駕駛室虛 擬人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)的一部分，是重要的交互試驗(yàn)平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠真實(shí)再現(xiàn)拖拉機(jī)駕駛作業(yè)的拖拉機(jī) 駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)，其特征 在于它包括一拖拉機(jī)駕駛室、一信號(hào)采集單元、一信號(hào)處理單元和一虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；所述 拖拉機(jī)駕駛室包括若干駕駛室元部件、若干傳感器和一底座；所述駕駛室元部件包括駕駛 座、動(dòng)力輸出操縱手柄、駐車制動(dòng)操縱手柄，四輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄、離合踏板、梭式換擋手柄、
4熄火拉線、方向盤、點(diǎn)火開關(guān)、手油門、制動(dòng)踏板、油門踏板、差速鎖踏板、副變速桿、主變速 桿、副離合操縱手柄、提升操縱手柄和多路閥操縱手柄，各所述駕駛室元部件根據(jù)拖拉機(jī)駕 駛室人機(jī)界面中各個(gè)操縱元件的布置裝配在所述底板上；各所述駕駛室元部件上均安裝有 所述傳感器，各所述傳感器依次連接所述信號(hào)采集單元、信號(hào)處理單元和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；所 述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中設(shè)置有虛擬拖拉機(jī)模型和虛擬場(chǎng)景模型；所述信號(hào)采集單元采集各所述 駕駛室元部件上的傳感器信號(hào)，并通過串口輸出到所述信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元 將標(biāo)定處理后的所述傳感器信號(hào)傳給所述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，從而驅(qū)動(dòng)所述虛擬拖拉機(jī)模型同 步運(yùn)動(dòng)。各所述駕駛室元部件根據(jù)拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)界面中各個(gè)操縱元件輸出的信號(hào)類 型選定合適的傳感器所述動(dòng)力輸出操縱手柄、駐車制動(dòng)操縱手柄、四輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄、梭 式換擋手柄、熄火拉線、點(diǎn)火開關(guān)、離合踏板、差速鎖踏板、副變速桿、主變速桿、副離合操縱 手柄、提升操縱手柄和多路閥操縱手柄采用微動(dòng)開關(guān)來輸出它們的操作信號(hào)；所述制動(dòng)踏 板、腳油門和手油門采用多圈電位器來輸出它們的操作信號(hào)；所述轉(zhuǎn)向盤采用光電編碼器 來輸出它的操作信號(hào)，所述光電編碼器有360個(gè)柵格，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度輸出一個(gè)脈沖；所有 所述傳感器均采用5V電源供電，各個(gè)所述傳感器為并聯(lián)電路。在連接所述差速鎖踏板的輸出軸上設(shè)置一段凹槽，所述輸出軸穿過與所述底板連 接的套筒，所述套筒上設(shè)置有一個(gè)孔，所述孔中放入一個(gè)限位鋼球，所述限位鋼球有一半在 所述凹槽中，一半在所述孔中，所述限位鋼球外有壓緊彈簧和螺栓；所述輸出軸和套筒上分 別固定有一支撐板，兩所述支撐板之間設(shè)置有一拉緊彈簧。在連接所述四輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄的輸出軸上設(shè)置一段凹槽，所述輸出軸穿過與所述 底板連接的套筒，所述套筒上設(shè)置有一個(gè)孔，所述孔中放入一個(gè)限位鋼球，所述限位鋼球有 一半在所述凹槽中，一半在所述孔中，所述限位鋼球外有壓緊彈簧和螺栓。采用聯(lián)軸器對(duì)所述光電編碼器與所述轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行連接。采用主副換擋工字板來規(guī)范所述副變速桿和主變速桿的行程，所述主副換擋工字 板為一塊開設(shè)有兩個(gè)工字槽的金屬板，每個(gè)所述工字槽包含四個(gè)檔位；同時(shí)，在所述副變速 桿和主變速桿底部拉有彈簧。所述虛擬拖拉機(jī)模型為首先利用Urographies NX軟件按照實(shí)際拖粒機(jī)尺寸進(jìn)行 精確建模，通過第三方軟件轉(zhuǎn)化為能夠應(yīng)用到所述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)操作仿真的虛擬 模型；然后用虛擬現(xiàn)實(shí)建模軟件MultiGen Creator對(duì)所述虛擬模型進(jìn)行層級(jí)結(jié)構(gòu)劃分、添 加dof節(jié)點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)特性；最后在Vega Prime API中用相應(yīng)函數(shù)對(duì)dof節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向和速 度進(jìn)行控制。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明在已有某型號(hào)拖拉機(jī) 駕駛室內(nèi)部各元部件的基礎(chǔ)上，將各駕駛室元部件進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)，組裝成一套拖拉機(jī)駕駛 室人機(jī)交互界面，并通過傳感器將該駕駛室與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)建立關(guān)聯(lián)，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中 實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)駕駛員的實(shí)際操作過程，該試驗(yàn)臺(tái)能夠模擬真實(shí)的拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)界面，獲 取操縱者的操縱行為，從而可以使農(nóng)業(yè)裝備生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計(jì)人員方便地對(duì)拖拉機(jī)駕駛室的人 機(jī)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，以改善產(chǎn)品性能，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，具有較好的 經(jīng)濟(jì)效益。2、本發(fā)明采用主副換擋工字板來規(guī)范主變速桿和副變速桿的行程，主副換擋工 字板為一塊開設(shè)有兩個(gè)工字槽的金屬板，每個(gè)工字槽包含四個(gè)檔位，這樣，主變速桿和副變速桿的各有四個(gè)檔位，組合使用便實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)的16檔模擬，再加上前進(jìn)后退換擋手柄， 使得拖拉機(jī)的全部32個(gè)檔位均能實(shí)現(xiàn)。3、本發(fā)明應(yīng)用Visual C++, net結(jié)合Vega Prime 軟件開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以隨時(shí)更換場(chǎng)景模型，便于不同試驗(yàn)要求的更改。4、本發(fā)明的 精度和靈敏度較高，能夠真實(shí)再現(xiàn)拖拉機(jī)的駕駛作業(yè)，進(jìn)而開展相關(guān)人機(jī)工程學(xué)試驗(yàn)，填補(bǔ) 了國(guó)內(nèi)本領(lǐng)域研究中的一項(xiàng)空白。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)框2是本發(fā)明拖拉機(jī)駕駛室的硬件布置3是本發(fā)明差速鎖踏板的安裝示意4是本發(fā)明四輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄的安裝示意5是本發(fā)明轉(zhuǎn)向盤的安裝示意6是本發(fā)明主副換擋工字板的結(jié)構(gòu)示意7是本發(fā)明控制虛擬拖拉機(jī)模型實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的流程示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明包括一拖拉機(jī)駕駛室1、一信號(hào)采集單元2、一信號(hào)處理單元3 和一虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)4。拖拉機(jī)駕駛室1包括若干駕駛室元部件5、若干傳感器6和一底座7， 各駕駛室元部件5裝配在底座7上，且各駕駛室元部件5上均安裝有傳感器6。各傳感器6 依次連接信號(hào)采集單元2、信號(hào)處理單元3和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)4。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)4中設(shè)置有虛 擬拖拉機(jī)模型8和虛擬場(chǎng)景模型9，各駕駛室元部件5通過傳感器6驅(qū)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)4中 的虛擬拖拉機(jī)模型8同步運(yùn)動(dòng)，從而在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)4中實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)駕駛員的實(shí)際操作過 程。下面詳細(xì)說明本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)過程1)本發(fā)明的硬件安裝設(shè)計(jì)①拖拉機(jī)駕駛室1的硬件總體設(shè)計(jì)拖拉機(jī)駕駛室1由角鋼和鐵板采用焊接以及螺栓固定等方法連接而成。為了便于 以后駕駛室改造以及升級(jí)，所有部件均做成可拆卸結(jié)構(gòu)，所采用的螺栓等均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 底座7的骨架采用角鋼焊接而成，長(zhǎng)寬高為150mmX90mmX20mm，并在支撐面焊接承重梁， 且底座7下部裝有可鎖地輪。支撐面覆蓋5mm厚鋼板，鋼板表面覆有地膠。如圖2所示，駕駛室元部件5包括駕駛座10、動(dòng)力輸出操縱手柄11、駐車制動(dòng)操縱 手柄12、四輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄13、離合踏板14、梭式換擋手柄15、熄火拉線16、轉(zhuǎn)向盤17、點(diǎn) 火開關(guān)18、手油門19、制動(dòng)踏板20、油門踏板21、差速鎖踏板22、副變速桿23、主變速桿24、 副離合操縱手柄25、提升操縱手柄26和多路閥操縱手柄27。各駕駛室元部件5根據(jù)某型 號(hào)拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)界面中各個(gè)操縱元件的布置固定在底板7上，并運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的知 識(shí)進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)，各駕駛室元部件5根據(jù)各個(gè)操縱元件輸出的信號(hào)類型選定合適的傳感 器6 動(dòng)力輸出操縱手柄11、駐車制動(dòng)操縱手柄12、四輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄13、離合踏板14、梭 式換擋手柄15、熄火拉線16、點(diǎn)火開關(guān)18、差速鎖踏板22、副變速桿23、主變速桿24、副離合操縱手柄25、提升操縱手柄26和多路閥操縱手柄27等在使用時(shí)最終都停在某一兩個(gè)固 定的位置，其輸出的是點(diǎn)信號(hào)，因此采用微動(dòng)開關(guān)28來輸出它們的操作信號(hào)；而轉(zhuǎn)向盤17、 手油門19、制動(dòng)踏板20和油門踏板21等輸出的是連續(xù)變化的量，其中手油門19、制動(dòng)踏板 20和油門踏板21采用多圈電位器29來輸出它們的操作信號(hào)；由于轉(zhuǎn)向盤17輸出的信號(hào) 要求精度比較高，轉(zhuǎn)向盤17所選用的傳感器6采用精度較高的光電編碼器30，光電編碼器 30有360個(gè)柵格，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度輸出一個(gè)脈沖。所有傳感器6均采用5V電源供電，且各 個(gè)傳感器6為并聯(lián)電路。②差速鎖踏板22的安裝及限位由于差速鎖踏板22工作在兩個(gè)位置，原始位置和工作位置(差速位置)，因此踩下 差速鎖踏板22之后松開腳，它自己能夠回到原來的位置，故采用下面的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)如圖3所示，在連接差速鎖踏板22的輸出軸31上加工出一段凹槽，輸出軸32穿 過與底板7連接的套筒32，套筒32上加工出一個(gè)孔，孔中放入一個(gè)限位鋼球33，限位鋼球 33有一半在凹槽中，一半在孔中，限位鋼球33外有壓緊彈簧34和螺栓35，防止限位鋼球33 從凹槽中脫出。輸出軸31和套筒32上分別固定有一支撐板36，兩支撐板36之間設(shè)置有一 拉緊彈簧37。工作時(shí)，限位鋼球33只能在凹槽中移動(dòng)，這樣就限制了差速鎖踏板22的移動(dòng) 范圍，起到限位作用。當(dāng)踩下差速鎖踏板22時(shí)，拉緊彈簧37被拉長(zhǎng)；當(dāng)松開差速鎖踏板22 時(shí)，在拉緊彈簧37的作用下，差速鎖踏板22又回到原來的位置。③四輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄13的安裝及限位由于四輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄13工作在兩個(gè)位置，四輪驅(qū)動(dòng)位置和非四輪驅(qū)動(dòng)位置，兩 個(gè)位置都是固定的，故通過下面的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)如圖4所示，在連接四輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄13的輸出軸38上加工出一段凹槽，輸出軸 38穿過與底板7連接的套筒39，套筒39上加工出一個(gè)孔，孔中放入一個(gè)限位鋼球40，限位 鋼球40有一半在凹槽中，一半在孔中，限位鋼球40外有壓緊彈簧41和螺栓42，防止限位鋼 球40從凹槽中脫出。工作時(shí)，限位鋼球40只能在凹槽中移動(dòng)，這樣就限制了四輪驅(qū)動(dòng)操縱 手柄13的移動(dòng)范圍，起到限位作用。④轉(zhuǎn)向盤17操作信號(hào)的輸出轉(zhuǎn)向盤17采用光電編碼器30來輸出其操作信號(hào)，光電編碼器30的軸需要與轉(zhuǎn)向 盤17的傳動(dòng)軸同軸連接以正確采集信號(hào)，為了保持同軸度，故采用聯(lián)軸器43對(duì)光電編碼器 30與轉(zhuǎn)向盤輸出軸44進(jìn)行連接(如圖5所示)。⑤換擋位置的固定在拖拉機(jī)上，換擋手柄連接的是變速器，通過變速器中的鎖緊裝置使變速桿固定 在檔位上，由于本發(fā)明并沒有變速器，因此需要有固定副變速桿23和主變速桿24的裝置。 如圖6所示，本發(fā)明采用主副換擋工字板45來規(guī)范副變速桿23和主變速桿24的行程，主 副換擋工字板45為一塊開設(shè)有兩個(gè)工字槽46的金屬板，每個(gè)工字槽46包含四個(gè)檔位。同 時(shí)，在副變速桿23和主變速桿24的底部拉有彈簧，使得換擋操作具有力感，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng) 回位。這樣，副變速桿23和主變速桿24的各有四個(gè)檔位，組合使用便實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)的16 檔模擬，再加上前進(jìn)后退換擋手柄，使得拖拉機(jī)的全部32個(gè)檔位均能實(shí)現(xiàn)。2)本發(fā)明的信號(hào)采集硬件設(shè)計(jì)完成后，需要由信號(hào)采集單元2采集各駕駛室元部件5上的傳感器信號(hào)，并通過串口輸出到信號(hào)處理單元3，信號(hào)處理單元3將標(biāo)定處理后的傳感器信號(hào)傳給虛擬 現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)4，從而實(shí)現(xiàn)各駕駛室元部件5對(duì)模擬拖拉機(jī)模型的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制。信號(hào)采集單元 2的設(shè)計(jì)過程如下試驗(yàn)臺(tái)電路板共計(jì)有27個(gè)信號(hào)輸出口，其中24個(gè)開關(guān)信號(hào)和3個(gè)模擬信號(hào)。將 全部信號(hào)儲(chǔ)存在10個(gè)字節(jié)中(16進(jìn)制)，其中轉(zhuǎn)向盤17的模擬信號(hào)占用兩個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)為 士32768，精度1度；制動(dòng)和油門標(biāo)定在上位機(jī)；24個(gè)開關(guān)信號(hào)共分配在4個(gè)字節(jié)中，按傳感 器規(guī)定的順序進(jìn)行連接和定義(見表1)。表1傳感器順序定義 將電路板信號(hào)以9600bps的傳輸速度輸出，通過R232串口接入信號(hào)處理單元3。3)拖拉機(jī)駕駛室1對(duì)虛擬拖拉機(jī)模型8的運(yùn)動(dòng)控制虛擬拖拉機(jī)模型8是本發(fā)明的重要組成部分，該模型以某型號(hào)拖拉機(jī)為例，利用 Unigraphics NX軟件按照實(shí)際拖拉機(jī)尺寸進(jìn)行精確建模，通過第三方軟件轉(zhuǎn)化為能夠應(yīng)用 到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)4進(jìn)行實(shí)時(shí)操作仿真的虛擬模型。在Vega Prime虛擬現(xiàn)實(shí)軟件中，一個(gè)可控制的dof (degree of freedom自由度) 節(jié)點(diǎn)，代表了一個(gè)vpPart。因此，要實(shí)現(xiàn)對(duì)各駕駛室元部件5的運(yùn)動(dòng)控制，先用虛擬現(xiàn)實(shí)建 模軟件MultiGen Creator對(duì)虛擬模型進(jìn)行層級(jí)結(jié)構(gòu)劃分、添加dof節(jié)點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)特性；并在 Vega Prime API中用相應(yīng)函數(shù)對(duì)dof節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向和速度進(jìn)行控制。下面以拖拉機(jī)駕駛 操縱試驗(yàn)臺(tái)控制轉(zhuǎn)向盤17的運(yùn)動(dòng)為例，詳細(xì)說明本發(fā)明的主要流程(如圖7所示)//判斷輸入設(shè)備類型if(m_nRealTestInputType == 1)//判斷輸入設(shè)備是否為拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn) 臺(tái)m_strcDriveTracData = g_strcDriveTracData ；//II讀取拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)傳感器信號(hào)，并進(jìn)行標(biāo)定x = (BYTE) (Read_lpBuffer[In88+2]) ；//從相應(yīng)地址內(nèi)讀取轉(zhuǎn)向盤傳感器的信
號(hào)dFangxiang = 360*x/240 ；// 將單位轉(zhuǎn)化為度if(dFangxiang > 648)dFangxiang = 648 ；else if (dFangxiang < -648) dFangxiang = -648 ；//將傳感器信號(hào)限定在 士648 內(nèi)dFangxiang = 450*360*dFangxiang/240/648 ；// 轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)向盤范圍 士450°g_strcDriveTracData. m_Fangxiang = dFangxiang ；//找到轉(zhuǎn)向盤節(jié)點(diǎn)vp0bject*m_tractor ；// 定義拖拉機(jī) objm_tractor = vpObject: :find(〃 my0bject_Tractor“ ) ;//找至lj拖拉機(jī)模型
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vsDOF*m_SteerDof ；//定義轉(zhuǎn)向盤 dofvsNode^myNode ；// 定義節(jié)點(diǎn)myNode = m_tractor_ > find_named(〃 steer" ) ;//在拖拉機(jī)模型中找到名為 “steer”的節(jié)點(diǎn)if (myNodeMmyNode- > isOfClassType (vsDOF: : getStaticClassType ()))m_SteerDof = (vsD0F*)myNode ;//將 node 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為 vsDOF 類//給轉(zhuǎn)向盤模型的dof添加運(yùn)動(dòng)控制m_dSteeringAng = -tractordata. m_Fangxiang ；// 轉(zhuǎn)向盤模型轉(zhuǎn)角貝武值m_SteerDof- > setRotateH(m_dSteeringAng, false) ；// 控制轉(zhuǎn)向盤模型 dof 繞 Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)4中設(shè)計(jì)拖拉機(jī)作業(yè)場(chǎng)景，選取不同百分位拖拉機(jī)駕駛員在駕駛 試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行駕駛操縱，在某一作業(yè)過程中利用其他輔助測(cè)試儀器監(jiān)測(cè)駕駛員的生理、心 理和行為等特征，進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)分析，用于改進(jìn)駕駛室的設(shè)計(jì)。本發(fā)明僅以上述實(shí)施例進(jìn)行說明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置、及其連接都是可以有 所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同 變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于它包括一拖拉機(jī)駕駛室、一信號(hào)采集單元、一信號(hào)處理單元和一虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；所述拖拉機(jī)駕駛室包括若干駕駛室元部件、若干傳感器和一底座；所述駕駛室元部件包括駕駛座、動(dòng)力輸出操縱手柄、駐車制動(dòng)操縱手柄，四輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄、離合踏板、梭式換擋手柄、熄火拉線、方向盤、點(diǎn)火開關(guān)、手油門、制動(dòng)踏板、油門踏板、差速鎖踏板、副變速桿、主變速桿、副離合操縱手柄、提升操縱手柄和多路閥操縱手柄，各所述駕駛室元部件根據(jù)拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)界面中各個(gè)操縱元件的布置裝配在所述底板上；各所述駕駛室元部件上均安裝有所述傳感器，各所述傳感器依次連接所述信號(hào)采集單元、信號(hào)處理單元和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；所述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中設(shè)置有虛擬拖拉機(jī)模型和虛擬場(chǎng)景模型；所述信號(hào)采集單元采集各所述駕駛室元部件上的傳感器信號(hào)，并通過串口輸出到所述信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元將標(biāo)定處理后的所述傳感器信號(hào)傳給所述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，從而驅(qū)動(dòng)所述虛擬拖拉機(jī)模型同步運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于各所述駕駛室元部 件根據(jù)拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)界面中各個(gè)操縱元件輸出的信號(hào)類型選定合適的傳感器所述動(dòng) 力輸出操縱手柄、駐車制動(dòng)操縱手柄、四輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄、梭式換擋手柄、熄火拉線、點(diǎn)火開 關(guān)、離合踏板、差速鎖踏板、副變速桿、主變速桿、副離合操縱手柄、提升操縱手柄和多路閥 操縱手柄采用微動(dòng)開關(guān)來輸出它們的操作信號(hào)；所述制動(dòng)踏板、腳油門和手油門采用多圈 電位器來輸出它們的操作信號(hào)；所述轉(zhuǎn)向盤采用光電編碼器來輸出它的操作信號(hào)，所述光 電編碼器有360個(gè)柵格，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度輸出一個(gè)脈沖；所有所述傳感器均采用5V電源供 電，各個(gè)所述傳感器為并聯(lián)電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于在連接所述差 速鎖踏板的輸出軸上設(shè)置一段凹槽，所述輸出軸穿過與所述底板連接的套筒，所述套筒上 設(shè)置有一個(gè)孔，所述孔中放入一個(gè)限位鋼球，所述限位鋼球有一半在所述凹槽中，一半在所 述孔中，所述限位鋼球外有壓緊彈簧和螺栓；所述輸出軸和套筒上分別固定有一支撐板，兩 所述支撐板之間設(shè)置有一拉緊彈簧。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于在連接所述四 輪驅(qū)動(dòng)操縱手柄的輸出軸上設(shè)置一段凹槽，所述輸出軸穿過與所述底板連接的套筒，所述 套筒上設(shè)置有一個(gè)孔，所述孔中放入一個(gè)限位鋼球，所述限位鋼球有一半在所述凹槽中，一 半在所述孔中，所述限位鋼球外有壓緊彈簧和螺栓。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于采用聯(lián)軸器對(duì) 所述光電編碼器與所述轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行連接。
6.如權(quán)利要求3所述的一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于采用聯(lián)軸器對(duì)所述 光電編碼器與所述轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行連接。
7.如權(quán)利要求4所述的一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于采用聯(lián)軸器對(duì)所述 光電編碼器與所述轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行連接。
8.如權(quán)利要求1 7所述的一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于采用主副換擋 工字板來規(guī)范所述副變速桿和主變速桿的行程，所述主副換擋工字板為一塊開設(shè)有兩個(gè)工 字槽的金屬板，每個(gè)所述工字槽包含四個(gè)檔位；同時(shí)，在所述副變速桿和主變速桿底部拉有 彈簧。
9.如權(quán)利要求1 8所述的一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述虛擬拖拉機(jī)模型為首先利用Unigraphics NX軟件按照實(shí)際拖拉機(jī)尺寸進(jìn)行精確建模，通過第三方軟 件轉(zhuǎn)化為能夠應(yīng)用到所述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)操作仿真的虛擬模型；然后用虛擬現(xiàn)實(shí)建 模軟件MultiGen Creator對(duì)所述虛擬模型進(jìn)行層級(jí)結(jié)構(gòu)劃分、添加dof節(jié)點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)特性； 最后在Vega Prime API中用相應(yīng)函數(shù)對(duì)dof節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向和速度進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種拖拉機(jī)駕駛操縱試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于它包括一拖拉機(jī)駕駛室、一信號(hào)采集單元、一信號(hào)處理單元和一虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；拖拉機(jī)駕駛室包括若干駕駛室元部件、若干傳感器和一底座；各駕駛室元部件根據(jù)拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)界面中各個(gè)操縱元件的布置裝配在底板上；各駕駛室元部件上均安裝有傳感器，各傳感器依次連接信號(hào)采集單元、信號(hào)處理單元和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中設(shè)置有虛擬拖拉機(jī)模型和虛擬場(chǎng)景模型；信號(hào)采集單元采集各駕駛室元部件上的傳感器信號(hào)，并通過串口輸出到信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元將標(biāo)定處理后的傳感器信號(hào)傳給虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，從而驅(qū)動(dòng)虛擬拖拉機(jī)模型同步運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的精度和靈敏度較高，能夠真實(shí)再現(xiàn)拖拉機(jī)的駕駛作業(yè)，進(jìn)而開展相關(guān)人機(jī)工程學(xué)試驗(yàn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)本領(lǐng)域研究中的一項(xiàng)空白。
文檔編號(hào)G09B9/04GK101859500SQ20101020450
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者仇瑩, 劉宇, 周志國(guó), 宋正河, 徐琳琳, 徐靜, 朱忠祥, 李坤, 李明生, 毛恩榮, 謝斌, 韓科立 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)