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TBM虚拟施工系统开发与关键技术研究
| 论文题名： | TBM虚拟施工系统开发与关键技术研究 |
| 关键词： | 虚拟施工系统;功能模块;全断面掘进机;运动仿真 |
| 摘要： | 虚拟施工技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种学科的优势。虚拟施工技术与CAD技术在产品开发过程中的有机结合，改善了虚拟设计中人与计算机的交互方式，在沉浸式的虚拟环境中，设计者通过直接三维操作对产品模型进行管理，以直观自然的方式表达设计概念，并通过视觉、听觉、触觉等的反馈，感知产品模型的几何属性、物理属性与行为表现。在设计过程中，借助交互设备可以方便的完成产品模型构建，修改设计缺陷，对模型进行运动仿真和检验，对整个系统不断改进，直至获得最优设计方案。 本论文以土压平衡式和泥水平衡式全断面掘进机为研究对象，进行虚拟施工技术的研究。 首先，采用虚拟现实软件进行视景仿真环境设计。将CREATOR制作完成的环境组件导入VEGA仿真软件，根据城市实际环境调整各个环境组件的位置。将CREATOR处理后的盾构机模型导入到建立好的VEGA虚拟环境中，并且在该环境中添加模拟盾构机工作情况的掘进和渣土运输特效。 其次，采用VC++ 6.0制作基于MFC的盾构机虚拟施工系统软件界面。在MFC中加入多种控件分别控制盾构机的刀盘、管片安装机、注浆管、带式运输机等部件的运动。通过API接口调用VEGA函数库，开启预先制作的VEGA视景仿真环境，形成虚拟现实界面，在该界面下实现虚拟施工。此外，还要解决VC++ 6.0程序的大模型的加载速度问题，实现实时响应功能。 然后，采用嵌入式技术制作单片机电路板，编写单片机程序，实现向工作站发送数据的目标。将采用51单片机制作的电路板通过RS232接口与图形工作站连接，当单片机电路上的功能按钮按下时，单片机向工作站发送数据，工作站中的MFC程序接收到数据后，控制虚拟盾构机做出相应的动作。 最终利用现在日趋成熟的3D显示技术，将建立好的全断面掘进机虚拟施工系统全面的展示在屏幕上。 本课题通过开发完善虚拟施工系统硬件和软件，力求逼真模拟现实情况下盾构机的工作规律，为实际施工提供直观的仿真和问题的解决方案。在虚拟施工系统的支持下，既能够培养高素质盾构机操作人员，又可以有效的预见实际施工中可能出现的困难，并能对各种施工难题的解决方法进行虚拟预演，显著减少施工停滞时间，提高施工效率。 |
| 作者： | 张青国 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 巩亚东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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