!"#"$#"!上半月刊" ’%!!!
某型挖掘机模拟操作舱和信号采集电路
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
王!东## 陈明宏## 钟!冠!# 马玉皓&
"#.解放军理工大学!工程兵工程学院# 江苏!南京!!#""")$
!.解放军’#’..部队# 湖北!枝江!**&!""$&.总装科订部驻郑州地区军代室# 河南!郑州!*(""(#%
!摘要"!在装备训练过程中#模拟训练器可以在很大程度上解决真实训练过程中的许多实际问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
#具
有安全’经济’可控’高效益等优点$以某型挖掘机模拟器开发为背景#主要阐述了该机模拟操作舱和信
号采集电路的设计方法$利用传感器对驾驶操作信号进行
检测
工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训
’采集及转换%设计了计算机硬件接口电路%
针对信号采集过程中出现的信号漂移以及触点抖动等问题进行了
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
并找到相应的改进措施$
!关键词"!信号采集%电路设计%模拟器%挖掘机
!中图分类号"!0*!!.!!! !文献标识码"#!! !文章编号"#""#$((*%#!"#"$#"$"".)$"*
!’,#&%-(,#>:$+.’/)-)P;#.+%/,#&%+$+)R:#,#.#-%)#"):#.(-"+P#%/-(’B)+<+.-"
:CFG0),D#A"KF48,D$+),D#5"LFGG=(,#4C&=$+()
在装备训练过程中借助计算机模拟系统进行科
学’高效的教学和训练#能够降低装备损耗’提高
训练效果#具有经济和军事双重效益*#+$在挖掘机
模拟器的研制开发过程中#操作舱和信号采集电路
是其硬件设计中的一个重要环节#它是实现受训者
与虚拟驾驶操作环境之间交互的关键$本文对挖掘
机模拟器操作舱’工作装置控制机构和转向系进行
了设计%根据系统的需要#开发了/"&*0%C型线
位移电位器%经过调研和实验验证#选择了@J
=(9
12(98>6"技术模拟生成挖掘机的工作环境#使驾驶
员具有身临其境的 .真实/感觉#主要包括计算机
成像系统’虚像显示系统’音响系统’控制台和计
算机网络等部分组成*!+$模拟器操作舱的设计是在
保持挖掘机原有的空间尺寸和各操作机构的位感基
础上#考虑到模拟器操作舱搬运的方便和操作的真
实性的情况下#做到尽量简化’牢固#以达到降低
成本和耐用的目的$
030!工作装置控制机构设计
工作装置控制机构主要包括铲斗控制机构和拨
叉机构$
常用的控制手柄有电位器式’液面斜度传感
式’光电效应式’压阻式’霍尔效应式以及微动开
关式等#随着整机控制系统在智能化’分布式’遥
感操作等方面的发展#对控制手柄提出了更高的要
求$带有数字信号输出的集成加速度芯片的出现为
设计控制手柄提供了新的途径*&+$在本系统中采用
的是电传杆式操纵系统#其优点是省力’控制精度
高#它将驾驶员的操纵动作变为电信号#由电缆传
输到信号处理系统后送给工控机数据采集卡$铲斗
控制机构系自行开发#遵循尽量模拟原装和人机工
程要求#设计的机械式铲斗控制机构如图#所示$
铲斗控制手柄主要动作及含义&前推)下降%
前推到底)浮动%中位)静止%后拉)提升%左扳
)挖土%右扳)卸土$
其工作原理是&当拨动铲斗手柄时#压盘会随
之压下#控制阀产生一个径向位移量$控制阀压到
连接在底座上的传感器#使信号采集电路接通#产
生电信号#经处理后传入计算机控制系统#控制视
景系统中挖掘机铲斗的动作%当松开手柄时#控制
!
!收稿日期"!"#"-"’-#)
!通讯地址"王东# 南京市海福巷#号工程兵工程学院研究
生六队
’&!!! !"#"$#"!上半月刊"
阀在弹簧的作用下迅速回位#控制阀和传感器脱离
接触#电路断开#视景系统中挖掘机铲斗停止动
作$
图0!挖掘机铲斗控制机构
系统中有多处机构的运动信息可以用开关量
信息来模拟#如挡位杆’进退杆’铲斗控制手柄
等#其余操纵机构的运动信息可以由行程开关来模
拟$挡位清晰’操纵平顺一直是模拟器设计所追求
的目标#同时它也是评价一台模拟器优劣的重要指
标$在本系统中#设计了拨叉机构来对挡位杆’进
退杆的运动起始位置以及运动轨迹进行限制#便于
信号的采集$进退杆和挡位杆的拨叉设计如图!所
示#挡位杆主要动作及含义&左前推)慢挡%中间
前推)快挡%右前推)倒挡$
图1!拨叉
031!转向系设计
挖掘机原转向系采用的是液压转向机构#其工
作特点是当挖掘机转向机构位于直行位置时#方向
盘向左 !或向右"旋转!$(圈#由于底盘转向机构
具有死点位置#向左或向右偏转到一定角度时停止
偏转#此时转向系运动到死点位置#方向盘也停止
转动$本文设计了挖掘机液力转向系仿真机构#其
结构和工作原理如图&所示$工作原理&接方向盘
的块#通过钢球!与(之间的摩擦力带动块(旋
转#进而带动’转动$当电位器转轴旋转到死点位
置时#钢球!与(之间产生打滑#在’不动的情况
下#方向盘仍可继续转动$
图2!转向系仿真机构原理图
1!信号采集电路设计
信号采集是挖掘机操作训练人员’操纵系统和
计算机之间进行信息交流的重要环节$系统中主要
利用传感器对驾驶操作信号进行检测’采集#并转
换为电信号#再把电信号送入计算机硬件接口电
路#对电信号进行处理后送入计算机$计算机控制
系统实时监控接口电路送入的各种有关驾驶操作的
电信号#通过软件程序来控制虚拟环境中的挖掘
机#计算机再通过显示器和音响等把虚拟环境中受
控挖掘机的信号反馈给挖掘机操作训练人员#操作
人员采取相应的操纵动作#进行挖掘机操作模拟训
练$信号采集与控制流程如图*所示$
图4!信号采集与控制流程图
传感器可将转换后的可测信号传送给测试系
统#供作分析’处理#以便得到测试数据#或变换
为相应的控制信号$本系统主要使用电位器式传感
器$
130!线位移类信号检测
测量线位移信号的电位器有多种#但对行程都
有一定的要求#行程一般都是固定不变的$在系统
中开发了/"&*0%C型线位移电位器#如图(所
示$
!"#"$#"!上半月刊" ’’!!!
图5!SHT4!G6型线位移电位器
它具有可变量程的特点#可在图示的中间粗
线部分安插多种型号规格的滑线变阻器#使用十分
方便$在本系统中#需要测量的线位移的信号有手
制动操纵杆和高低挡软轴共!个信号#还可以将油
门踏板和脚制动踏板的角位移转换成线位移信号$
线位移电位器与端子板连接线路如图’所示$
图A!线位移电位器与端子板连接线路图
131!开关量信号检测
在本系统中#还有许多其它操作动作的状态信
号需要检测#包括&进退杆的前推’后拉和中间位
置%挡位杆的前推和中间位置%铲斗控制手柄的前
压’后压’左压’右压和中间浮动位置$这些操纵
机构需要检测的其实就是一个位置变化信号#采集
的信号反映进退杆’挡位杆是否挂到位’铲斗控制
手柄是否压下$因此#选择了开关量传感器来采集
这些信号#当输入量达到门限电平时#应马上从关
状态转换成开状态#如图)(所示$
由于传感器输入信号中总会叠加噪声#输入不
稳定#即输入量在门限电平左右变化时可能引起输
出状态的不稳定**+$为此#采用如图)I所示的实
用特性 !具有磁滞宽度"#传感器才能正常工作$
应注意两点&一是应满足JF)??-JF),!JF),为
输出状态从断到通时的输入值#JF)??为输出状态
从通到断时的输入值"%二是磁滞宽度 !瞬动宽度"
的值应大于噪声成分#但太大又会使传感器的响应
精度下降$
在进退杆’挡位杆的前推极限位置和后拉极限
位置分别安装行程开关$行程开关平时为常开状态#
当操纵杆前推或后拉时#压下行程开关触头#行程
开关闭合#内部触点接通#信号采集电路接通#端
子板有电压信号输入#经数据采集卡处理后#输入
图F!开关式传感器的输出特性和实用特性
计算机主机#系统向虚拟环境中的高速挖掘机发生
相应指令#使其作出相应的动作$在铲斗控制手柄
的*个下压方向上安装按钮开关#按钮开关平时为
常开状态#当下压时开关闭合#内部触点接通#信
号采集电路接通#信号经处理后输入计算机#虚拟
环境中挖掘机的铲斗则作出上升’下降的反应$开
关量传感器与端子板连接线路如图%所示$
图G!触发开关与端子板连接线路图
2!计算机接口电路设计
计算机的接口电路设计主要依靠’<#接口’
J
论文
政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载
#!""(.
*!+齐 敏#刘卫东#黄丽琼等.工控机简易飞机模拟座舱
设计与实现 */+.火力与指挥控制#!""%#&& !%"&
##!-##*.
*&+王恒升#肖鹏#何清华.一种数字式控制手柄及其信
号仿真 */+.电子器件#!""(#!#"&#’-#..
**+潘新民#王燕芳.微型计算机与传感器技术 *4+.北
京&人民邮电出版社##.%%.
*(+郭志友#孙慧卿.基于A@M0的计算机接口电路设计
技巧 */+.测控自动化#!""(#!("&’#-’!.
浙公网安备 33021202002483