云梯车可视化模型开发与应用     广州云梯车租赁,  广州云梯车出租,  广州云梯车公司        建立了云梯车非线性系统模型，其仿真精度与运行实时性均取得了较好的效果，但尚不能像车辆动力学仿真软件—样将仿真结果通过可视化的方式展示出来，因而无法直观地感受云梯车的动态响应特性。此外，本文中多次提到云梯车行驶过程中的横摆稳定性差，一部分原因是驾驶员视野随转向而动容易引起驾驶员误操作、缺乏回正力矩加重了驾驶员操作负担等原因造成，这些论断尚未得到有效验证。因此，在云梯车非线性模型基础上，开发基于虚拟现实的云梯车可视化仿真模型，既可用于车辆运动状态的显示，加深对云梯车动力学特性的理解，也可用于云梯车的驾驶模拟、稳定性研究、以及云梯车路径跟踪控制效果验证等。

       云梯车可视化模型开发,   MATLAB／Simulink中提供了虚拟现实工具箱（ＶＲＳｉｎｋ），可供用户将数学仿真结果通过可视化场景显示出来。本文中己经建立了准确的云梯车动力学模型，主要运动部件的仿真参数均可实时输出。此外，还需要使用ＶＲＳｉｎｋ工具箱建立云梯车各运动部件和路面的虚拟场景，并添加观测点，最后通过ＶＲＳｍｋ的Simulink接口将云梯车动力学模型与虚拟场景关联，从而利用车辆数学模型产生的仿真数据实时操控虚拟场景中云梯车的运动。

      MATLAB３Ｄ模型编辑器与Simulink虚拟现实工具箱ＶＲＭＬ作为一种标准的虚拟现实建模语言，使用ＡＳＣＩＩ文本格式（＊．ｗｒｌ）来描述现实世界和链接，MATLAB中的ＶＲＳｉｎｋ工具箱就主要采用ＶＲＭＬ语言来描述虚拟场景％１。根据这一建模语言，MATLAB提供了三种虚拟现实编辑器，分别为：３ＤＷｏｒｌｄＥｄｉｔｏｒ、Ｖ－ＲｅａｌｎｉＢｕｉｌｄｅｒ、MATLABＥｄｉｔｏｒ。在这三种编辑方式中：（１）３ＤＷｏｒｌｄＥｄｉｔｏｒ是系统默认的编辑器，同时支持ＶＲＭＬ和Ｘ３Ｄ两种建模语言，支持ＶＲＭＬ９７格式和语言。利用３ＤＷｏｒｌｄＥｄｉｔｏｒ，可以创建一个虚拟世界，并可通过添加节点定义各种虚拟世界，例如：外观、导航信息、几何结构、分组、灯光、传感器等。也可以从一组库中选取目标修改其组件、材料、纹理等。此外，还可以直接从模板库中选取部件建立虚拟世界。（２）Ｖ－ＲｅａｌｎｉＢｕｉｌｄｅｒ可直接对ＶＲＭＬ程序进行可视化编辑，它允许用户搭建虚拟现实所需要的场景和素材。Ｖ－ＲｅａｌｍＢｕｉｌｄｅｒ为用户提供了建模的直观接口，对象库、材质库、纹理库中的样品可直接应用到用户的虚拟场景中，实现与三维建模软件相接近的效果，生成的三维物体和虚拟场景可通过支持ＶＲＭＬ的浏览器进行观察［＿。与３ＤＷｏｒｌｄＥｄｉｔｏｒ相比，Ｖ－ＲｅａｌｎｉＢｕｉｌｄｅｒ在建模中可以在３Ｄ环境中拖动物体移动，且可使用关键帧动画。但其存在只支持ＶＲＭＬ建模语言、提供的属性编辑对话框不够友好、不能渲染内联物体等缺点。（３）MATLABＥｄｉｔｏｒ是直接对ＶＲＭＬ文件的代码进行修改的编辑方式。由于不能可视化建模和修改，这种方式一般只用于创建比较简单的物体和场景。也可用于调试３Ｄ虚拟世界中的语法和格式化错误，在一个或多个虚拟世界的３Ｄ文件中执行全局搜索编辑操作，以及合并一些模型等。MATLABＥ（丨ｉｔｏｒ界面由于本文需要建立的云梯车模型整体结构较为复杂，而MATLAB提供的３Ｄ模型编辑器建模能力较差，因此需要通过专业建模的三维软件建立各部件模型后，将其导出为（＊．ｗｒｌ）格式文件并由３Ｄ模型编辑器进一步修改设置相应的参数。考虑到云梯车导出后的部件较多，使用Ｖ－ＲｅａｌｍＢｕｉｌｄｅｒ会生成过多的组件，因此只用于各子系统的编辑，而使用３ＤＷｏｒｌｄＥｄｉｔｏｒ将各子系统组件合并进行编辑。虚拟现实工具箱为能在一个三维虚拟现实环境中进行可视化操作和与动态系统进行交互提供了一种有效的解决方案，拓展了MATLAB和Ｓｉｍｕｌｍｋ处理虚拟现实图像的能力，使用标准的ＶＲＭＬ技术，就可以通过MATLAB和Ｓｉｉｉｉｕｌｉｉｉｋ环境生成三维场景。在Simulink的虚拟现实工具箱中，ＶＲＳｉｎｋ模块提供了ＧＵＩ接口，通过这些应用接口，可以观察、改变、控制虚拟场景及其对象，实现与虚拟世界的交互。

  

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     云梯车主要零部件模型,   在云梯车的虚拟现实仿真中，车辆模型要具有一定的逼真程度，同时还必须满足仿真实时性的问题。因此，整车模型需要进行一定的简化，但还必须尽量保持外观的真实性。由于虚拟现实仿真主要是将数学仿真结果通过可视化方式展示出来，因此模型内部的具体结构可省略。为加快仿真速度从而能够用于硬件在环实时仿真，本文在云梯车模型的建立中仅建立了壳体文件，从而减少节点数量、加快仿真速度。首先在利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ分别建立云梯车各部件的壳体模型，主要包括前车体、后车体、铰接体、轮胎、转向推缸及推杆。为使各部件能保持整车模型中的相对运动关系，必须设置各部件的转动中心ｃｅｎｔｅｒ属性为对应关节转轴的中心坐标。完成以上设置后，可继续修改模型颜色、透明度、添加光源、添加背景等。完成以上必要的编辑设置后，将各模型分别另存为新的ＶＲＭＬ文件。前车体虚拟现实模型除上述主要部件外，设置可视化的方向盘转角动作和轮胎力变化情况将有利于更清晰地展示车辆转向时的操作过程。ＶＲＭＬ格式的方向盘模型和轮胎力显示可以从ＭａｔｈＷｏｒｋｓ为ＳｋｏｄａＯｃｔａｖｉａ开发的Ｓｉｉｎｕｌｉｎｋ模型中找到并可直接使用。

     基于虚拟现实的整车模型组装,   完成上述各部件的模型编辑后，在３ＤＷｏｒｌｄＥｄｉｔｏｒ中创建云梯车的整车虚拟现实模型编辑，包括背景、灯光、视点、云梯车整车组装、道路环境等。其中云梯车的整车模型由一些列子系统模块组成，各子系统之间需要通过设置分层定义父子关系，从而起到约束的作用，各个子系统只需要给定与其父节点的相对运动驱动即可，否则各部件需要单独定义绝对运动属性，将会使数据交互接口的数量大幅增加。云梯车的整车模型中各子系统模块之间的关系，第一层为前车体，是其他子系统的父节点，运动控制量包括沿三个轴的直线和旋转运动；第二层包括铰接体、两个前轴轮胎、以及两个转向油缸，其中铰接体和两个转向油缸均绕前车体坐标系中的ｙ轴方向旋转，两个轮胎绕前车体坐标系中的ｚ轴方向旋转；第三层为后车体和左右两个转向推杆，其中后车体绕铰接体坐标系的ｘ轴方向旋转，两个转向推杆分别沿着两个转向推缸坐标系的ｘ轴方向移动；第四层为后轴的两个轮胎，沿着后车体坐标系的ｚ轴方向旋转。

      数据交互接口定义与视点设置,   完成云梯车整车虚拟现实模型的搭建后，需要定义整车数学模型与虚拟场景之间的数据交互接口，从而实现由仿真结果实时驱动云梯车可视化模型的运动。首先在云梯车Ｓｉｍｕｌｍｋ模型中加入ＶＲＳｍｋ模块，将前文中建好的云梯车虚拟现实ＶＲＭＬ文件加载进来，之后在ＶＲＭＬＴｒｅｅ的窗口内就会出现ＶＲＭＬ文件对应的结构树，设置采样时间为０．０５ｓ，结构树的分层结构关系与图８－７中所给出的云梯车虚拟现实模型分层结构相同。结构树中在每个Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ节点下均有中心、旋转、比例、平移等复选框。根据云梯车的运动关系，需要选取的参数复选框包括：前车体沿三个轴的直线和旋转运动、铰接体和转向油缸相对前车体ｙ轴方向的旋转、后车体相对铰接体Ｘ轴的旋转、四个轮胎相对车体Ｚ轴方向的旋转、以及转向推缸相对推缸的平移。除此之外，还包括轮胎力的显示、方向盘转角、摄像机的运动控制（视角）。控制量选取完成后，在ＶＲＳｉｎｋ的左侧将出现选定的一些列接口。之后将对应的数据通过坐标变换后，便可将交互接口进行连接，实现由仿真数据对ＶＲＳｉｎｋ模块中虚拟现实云梯车模型的驱动。由于车辆是一个不断移动的物体，因此在车辆的虚拟现实仿真中，必须加入随车移动的摄像机／视点，从而可从不同角度观测云梯车的运动姿态。为实现视点随车进行移动，可通过将视点设置在云梯车的子系统中，也可独立设置并由车辆的位移数据驱动实现视角的随动。本文中设置的云梯车视点有：俯视、侧视、前视、后视、斜视、以及驾驶员视角。经过上述操作后，结合云梯车数学模型与虚拟现实模型，可实现仿真结果的可视化。通过与Ａｄａｍｓ／Ｖｉｅｗ中的模型对比可知，基于MATLAB／Simulink开发的云梯车可视化模型不仅具备较高的仿真精度，还呈现出更好的视觉效果，同时仿真速度大幅提升。

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