基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的煤礦通風(fēng)機實訓(xùn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的煤礦通風(fēng)機實訓(xùn)裝置，該裝置包括：上位機煤礦通風(fēng)機運行三維虛擬仿真軟件模塊、下位機煤礦通風(fēng)機操作臺模塊、上下位機通信控制模塊。本發(fā)明通過現(xiàn)代多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維動畫、嵌入式計算機控制技術(shù)等，按照煤礦通風(fēng)機操作臺實際應(yīng)用來制作，對煤礦通風(fēng)機工作原理、操控技能、通風(fēng)路徑等進(jìn)行三維仿真，實現(xiàn)煤礦通風(fēng)機崗位工、信號工、維修工等的模擬操作訓(xùn)練，臨場感強，培訓(xùn)效果好，安全可靠，降低了培訓(xùn)成本。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，實現(xiàn)煤礦通風(fēng)機相關(guān)人員和工種在對煤礦通風(fēng)機結(jié)構(gòu)原理、啟停、運行、突發(fā)事故處理、日常保養(yǎng)維修等知識技能進(jìn)行理論學(xué)習(xí)、模擬練習(xí)和在線考試的功能。
【專利說明】基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的煤礦通風(fēng)機實訓(xùn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦通風(fēng)機和相關(guān)人員進(jìn)行仿真培訓(xùn)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種煤礦通風(fēng)機崗位工培訓(xùn)虛擬實操裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前煤礦通風(fēng)機和相關(guān)人員操作培訓(xùn)，主要靠課堂講授和“傳幫帶”方式進(jìn)行，另一方面靠投資修建的實操基地方式，理論培訓(xùn)主要靠教師課堂教學(xué)，脫離井下環(huán)境，內(nèi)容較為抽象，培訓(xùn)效果較差；傳幫帶方式，學(xué)習(xí)過程中存在安全隱患，設(shè)備誤操作甚至?xí)韲?yán)重的安全事故，另外該學(xué)習(xí)方法效率不高且受到師傅的水平和素質(zhì)影響，按照井下模式修建實操基地的做法，投資大、只適合單一、小型系統(tǒng)，對于像煤礦通風(fēng)機系統(tǒng)實操基地的建設(shè)是不經(jīng)濟和不現(xiàn)實。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種煤礦通風(fēng)機虛擬實操系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的煤礦通風(fēng)機操作培訓(xùn)存在的脫離井下環(huán)境，內(nèi)容較為抽象，培訓(xùn)效果較差和成本高的問題。
[0004]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實操裝置，該煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實操系統(tǒng)包括:
用于為煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實訓(xùn)操作系統(tǒng)提供煤礦通風(fēng)機運行虛擬場景，對操作進(jìn)行仿真模擬的上位機軟件模塊；
用于實現(xiàn)對上位機中的虛擬煤礦通風(fēng)機進(jìn)行啟動、停止、通信、報警、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應(yīng)等操作的，按照實際煤礦通風(fēng)機操作臺制作的下位機硬件模塊。
[0005]通過通信控制模塊連接上位機和下位機，用于實現(xiàn)上位機漫游、下位機操控上位機中的虛擬煤礦通風(fēng)機的功能。
[0006]進(jìn)一步，上位機軟件模塊還包括:計算機、顯示終端、煤礦通風(fēng)機三維仿真軟件模塊；
計算機用于為仿真模擬提供運算和實施平臺；
顯示終端與計算機連接，用于對計算機的仿真模擬結(jié)果進(jìn)行顯示；
煤礦通風(fēng)機三維場景仿真軟件模塊，安裝在計算機中，用于在計算機上運行仿真模擬的場景，并提出規(guī)范化的要求，實現(xiàn)對煤礦通風(fēng)機結(jié)構(gòu)原理、啟動停止、倒風(fēng)、通信、報警、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應(yīng)等三維仿真。
[0007]進(jìn)一步，下位機模塊還包括:啟動停止操作模塊、聲光信號操作模塊、運行狀態(tài)顯示模塊、緊急制動模塊；
啟動停止操作模塊用于實現(xiàn)操作工對煤礦通風(fēng)機的啟停、進(jìn)退的操作功能；
聲光信號操作模塊用于啟停、特殊情況的警示提醒作用；
緊急制動模塊用于常見突發(fā)事故模擬時緊急制動功能；
運行狀態(tài)顯示模塊，顯示電壓、電流、速度、時間、溫度、瓦斯含量等信息功能。[0008]進(jìn)一步,操作模塊包括I個操作手柄，2個控制按鈕,6個指示燈，I個剎車板、I個緊急剎車；
I個操作手柄分別實現(xiàn)倒風(fēng)控制，2個控制按鈕分別實現(xiàn)啟動停止等控制功能，6個指示燈反映各種運行狀態(tài)，I個剎車板用來停機，I個緊急剎車用來緊急情況下停機。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于提供一種煤礦通風(fēng)機仿真操作模塊的設(shè)計方法，該仿真操作模塊的設(shè)計方法包括以下步驟:
一種仿真操作模塊的設(shè)計方法，其特征在于，該仿真操作模塊的設(shè)計方法包括以下步
驟:
建立煤礦通風(fēng)機井下運行場景的三維仿真系統(tǒng)，首先通過采用三維建模工具，將井下運輸巷道、軌道、煤礦通風(fēng)機系統(tǒng)等進(jìn)行三維建模，構(gòu)建煤礦通風(fēng)機運行的三維場景；采用與實際操作臺外觀一樣的設(shè)計進(jìn)行操作臺的制作；
采用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)操作臺下位機與包括煤礦通風(fēng)機運行的三維場景在內(nèi)的上位機進(jìn)行通信，從而達(dá)到培訓(xùn)煤礦通風(fēng)機操作人員的目的。
[0010]本發(fā)明提供的煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實操系統(tǒng)，通過虛擬現(xiàn)實、三維動畫、計算機控制等技術(shù)，按照1:1制作操作臺，再現(xiàn)煤礦通風(fēng)機在井下操作環(huán)境，對設(shè)備結(jié)構(gòu)工作原理、操作過程進(jìn)行仿真，將井下設(shè)備搬到課堂，根本上改變了煤礦通風(fēng)機相關(guān)工種技能培訓(xùn)模式。本發(fā)明旨在開發(fā)煤礦通風(fēng)機崗位工虛擬實操系統(tǒng)，用于煤礦通風(fēng)機系統(tǒng)仿真培訓(xùn)，可以實現(xiàn)煤礦通風(fēng)機崗位工的單人和多人模擬訓(xùn)練，直觀性強，培訓(xùn)效果好，降低了培訓(xùn)成本。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，同時還能根據(jù)煤礦通風(fēng)機的種類，實現(xiàn)一套系統(tǒng)培訓(xùn)多種煤礦通風(fēng)機崗位工操作的目的。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)異效果:
1、手段創(chuàng)新，效果良好，采用現(xiàn)代三維仿真技術(shù)，模擬真實操作環(huán)境，實現(xiàn)人機交互操作，對煤礦通風(fēng)機的操作技術(shù)要求、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、故障處理等都能在模擬的三維環(huán)境下進(jìn)行展現(xiàn)，該發(fā)明采用先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人機交互等先進(jìn)技術(shù)，培訓(xùn)手段新，直觀性強，能有效提高培訓(xùn)效果；
2、降低成本，節(jié)約經(jīng)費。該煤礦通風(fēng)機崗位工虛擬實訓(xùn)操作臺為一次性投入，在長期的煤礦通風(fēng)機崗位工和相關(guān)人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)中可以重復(fù)使用，培訓(xùn)內(nèi)容可以無限增加，也可以根據(jù)具體礦井情況進(jìn)行修改，相比部分礦井建立“實訓(xùn)基地”的方式來說投入較低，另夕卜，培訓(xùn)環(huán)境采用計算機仿真技術(shù)再現(xiàn)，相對于“傳幫帶”方式則顯得更加安全可靠；
3、可以實現(xiàn)多工種協(xié)同操作，本操作臺通過主控計算機，能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦通風(fēng)機單人和多車會車的協(xié)同模擬操作，這比各個工種單獨通過理論、現(xiàn)場操作等培訓(xùn)方式更加直接，效果更加良好；
4、有利于縮短培訓(xùn)周期，更有利于提高培訓(xùn)合格率，該操作臺可以根據(jù)礦上的具體情況，可以定制開發(fā)，也不存在安全隱患，培訓(xùn)方式更加先進(jìn)，受訓(xùn)人員興趣更高，效果良好，能夠使培訓(xùn)的周期明顯縮短，培訓(xùn)合格率也能得到提高；
5、培訓(xùn)內(nèi)容更加豐富，有利于煤礦安全生產(chǎn)與事故隱患處理的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。本實訓(xùn)操作臺采用軟硬件結(jié)合方式，實際煤礦通風(fēng)機系統(tǒng)所有的操作技術(shù)要求均能夠模擬仿真，對一些安全事故、隱患處理、故障診斷等也能夠進(jìn)行模擬仿真，使安全事故切實看得見，培訓(xùn)內(nèi)容可以無限豐富，也有利于煤礦安全生產(chǎn)與事故隱患處理的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。[0012]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實施例提供的煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實操系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例提供的仿真操作模塊的設(shè)計流程圖；
圖中:1、上位機模塊；1_1、計算機；1_2、顯示終端；1_3、煤礦通風(fēng)機三維仿真操作軟件模塊；2、下位機模塊；2_1、操作模塊；2_1_1、控制按鈕；2_1_2、操作手柄；2_1_3、顯不模塊；
2-2、煤礦通風(fēng)機崗位工操作控制通信模塊；3、上下位機通信模塊。
[0014]
【具體實施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]圖1示出了本發(fā)明提供的煤礦通風(fēng)機虛擬實操系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為了便于說明，僅僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。
[0017]本發(fā)明實施例的煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實操系統(tǒng)，該煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實操系統(tǒng)包括:
用于為煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實訓(xùn)操作系統(tǒng)提供煤礦通風(fēng)機運行虛擬場景，對絞車操作進(jìn)行仿真模擬的上位機模塊；
用于實現(xiàn)對上位機中的虛擬煤礦通風(fēng)機進(jìn)行啟動、停止、倒風(fēng)、通信、報警、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應(yīng)等操作的，按照1:1比例制作的煤礦通風(fēng)機操作臺的下位機模塊。
[0018]通過通信控制模塊連接上位機和下位機，用于實現(xiàn)上位機漫游、下位機操控上位機中的虛擬煤礦通風(fēng)機系統(tǒng)的功能。
[0019]作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，上位機模塊還包括:計算機、顯示終端、三維仿真操作軟件模塊；
計算機用于為仿真模擬提供運算和實施平臺；
顯示終端與計算機連接，用于對計算機的仿真模擬結(jié)果進(jìn)行顯示；
三維場景仿真軟件模塊，安裝在計算機中，用于在計算機上運行仿真模擬的場景，并提出規(guī)范化的要求，實現(xiàn)對煤礦通風(fēng)機結(jié)構(gòu)原理、啟動停止、倒風(fēng)、通信、報警、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應(yīng)等三維仿真。
[0020]下位機模塊還包括:啟動停止操作模塊、聲光信號操作模塊、煤礦通風(fēng)機運行狀態(tài)顯示模塊、緊急制動模塊；
啟動停止操作模塊用于實現(xiàn)操作工對煤礦通風(fēng)機的啟停的操作功能；
聲光信號操作模塊用 于啟停、特殊情況的警示提醒作用；
緊急制動模塊用于常見突發(fā)事故模擬時緊急制動功能；
煤礦通風(fēng)機運行狀態(tài)顯示模塊，顯示煤礦通風(fēng)機電壓、電流、速度、時間、瓦斯含量、溫度等信息功能。
[0021]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。[0022]如圖1所示，本發(fā)明實施例的煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實操系統(tǒng)主要由上位機模塊
1、計算機1-1、顯示終端1-2、煤礦通風(fēng)機三維仿真軟件模塊1-3、下位機模塊2、操作工操作模塊2-1、控制按鈕2-1-1、操作手柄2-1-2、顯示模塊2-1-3、煤礦通風(fēng)機操作工操作控制通信模塊2-2、通信控制模塊3組成；
上位機模塊I用于為虛擬實訓(xùn)操作系統(tǒng)提供軟件平臺，對操作進(jìn)行仿真模擬；
上位機模塊I還包括:計算機1-1、顯示終端1-2、煤礦通風(fēng)機三維仿真軟件模塊1-3 ； 計算機1-1用于為仿真模擬提供運算和實施平臺；
顯示終端1-2與計算機1-1連接，用于對計算機1-1的仿真模擬結(jié)果進(jìn)行顯示；
煤礦通風(fēng)機三維仿真軟件模塊1-3，與計算機1-1連接，用于在計算機1-1上，運行煤礦通風(fēng)機三維仿真畫面，并提出規(guī)范化的要求，實現(xiàn)對煤礦通風(fēng)機運行狀態(tài)、模式選擇、操作效果等進(jìn)行三維仿真；
下位機模塊2，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊3連接上位機模塊1，用于為計算機1-1提供硬件支持，將操作信號傳送至計算機I ;
下位機模塊2還包括:操作工操作模塊2-1、操作工操作控制通信模塊2-2 ；
操作工操作模塊2-1用于實現(xiàn)操作員對煤礦通風(fēng)機的操作功能；主要包括I個操作手柄2-1-2，負(fù)責(zé)煤礦通風(fēng)機倒風(fēng)，2個控制按鈕2-1-1，負(fù)責(zé)煤礦通風(fēng)機啟停，6個指示燈，分別表示電量、瓦斯、溫度、備用；1個剎車板、I個緊急剎車；1個剎車板用來停機，I個緊急剎車用來緊急情況下停機。煤礦通風(fēng)機操作工操作控制通信模塊2-2與操作工操作模塊2-1連接，用于實現(xiàn)操作工操作模塊2-1的通訊控制；
如圖2所示，本發(fā)明實施例的仿真操作模塊的設(shè)計流程包括以下步驟:
如圖2中201所示，建立煤礦通風(fēng)機運行場景的三維仿真系統(tǒng)，首先通過采用三維建模工具，將井下通風(fēng)巷道、煤礦通風(fēng)機系統(tǒng)等進(jìn)行三維建模，構(gòu)建煤礦通風(fēng)機運行的三維場
旦
牙、；
圖2中202所示，采用與實際操作工操作臺外觀一樣的設(shè)計進(jìn)行操作臺的制作；
圖2中203所示，采用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)操作臺下位機與煤礦通風(fēng)機運作的三維場景上位機進(jìn)行通信，從而達(dá)到培訓(xùn)煤礦通風(fēng)機操作工的功能。
[0023]本發(fā)明提供的煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實操系統(tǒng)，通過虛擬現(xiàn)實、三維動畫、計算機控制等技術(shù)，按照1:1制作煤礦通風(fēng)機操作工操作臺，再現(xiàn)煤礦通風(fēng)機操作環(huán)境，對設(shè)備結(jié)構(gòu)工作原理、操作過程、井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，將仿真設(shè)備搬到課堂，也可以實現(xiàn)煤礦通風(fēng)機的多人協(xié)同操作，根本上改變了煤礦通風(fēng)機操作工操作培訓(xùn)模式。本發(fā)明旨在開發(fā)煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實操系統(tǒng)，用于煤礦通風(fēng)機系統(tǒng)仿真培訓(xùn)，可以實現(xiàn)煤礦通風(fēng)機操作工的單人和多人模擬訓(xùn)練，直觀性強，培訓(xùn)效果好，降低了培訓(xùn)成本。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，實現(xiàn)了煤礦通風(fēng)機操作工的單人和多人多車等情況下的模擬訓(xùn)練，同時還能根據(jù)煤礦通風(fēng)機的種類，實現(xiàn)一套系統(tǒng)培訓(xùn)多種煤礦通風(fēng)機操作工操作的目的。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的煤礦通風(fēng)機實訓(xùn)裝置其特征在于，煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實操系統(tǒng)包括: 用于為煤礦通風(fēng)機操作工虛擬實訓(xùn)操作系統(tǒng)提供煤礦通風(fēng)機運行虛擬場景，對操作進(jìn)行仿真模擬的上位機三維仿真虛擬模塊； 用于實現(xiàn)對上位機中的虛擬煤礦通風(fēng)機進(jìn)行啟動、停止、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應(yīng)等操作的，按照煤礦通風(fēng)機實際情況制作的操作臺即下位機模塊。
2.通過通信控制模塊連接上位機和下位機，用于實現(xiàn)上位機漫游、下位機操控上位機中的虛擬煤礦通風(fēng)機。
3.如權(quán)利要求1所述的煤礦通風(fēng)機虛擬實操裝置，其特征在于，上位機模塊還包括:計算機硬件、顯示終端、煤礦通風(fēng)機三維場景仿真軟件模塊； 計算機用于為仿真模擬提供運算和實施平臺； 顯示終端與計算機連接，用于對計算機的仿真模擬結(jié)果進(jìn)行顯示； 三維場景仿真軟件模塊，安裝在計算機中，用于在計算機上運行仿真模擬的場景，并提出規(guī)范化的要求，實現(xiàn)對煤礦通風(fēng)機結(jié)構(gòu)原理、啟動停止、通信聯(lián)絡(luò)、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應(yīng)等三維仿真。
4.如權(quán)利要求1所述的煤礦通風(fēng)機崗位工虛擬實操裝置，其特征在于，下位機模塊還包括:崗位工啟動停止操作模塊、操作工聲光信號操作模塊、煤礦通風(fēng)機運行狀態(tài)顯示模塊、緊急制動模塊； 煤礦通風(fēng)機操作工啟動停止操作模塊用于實現(xiàn)對煤礦通風(fēng)機的啟停的操作功能； 煤礦通風(fēng)機聲光信號操作模塊用于啟停、特殊情況的警示提醒作用； 緊急制動模塊用于常見突發(fā)事故模擬時緊急制動功能； 煤礦通風(fēng)機運行狀態(tài)顯示模塊，顯示煤礦通風(fēng)機耗電量、電壓、電流、速度、時間、瓦斯含量等信息功能。
5.如權(quán)利要求3所述的煤礦通風(fēng)機虛擬實操裝置，其特征在于，操作工操作模塊包括I個操作手柄，2個控制按鈕，6個指示燈，I個剎車板、I個緊急剎車； I個操作手柄分別實現(xiàn)倒風(fēng)控制，2個控制按鈕分別實現(xiàn)啟動停止等控制功能，6個指示燈反映各種運行狀態(tài)，I個剎車板用來停機，I個緊急剎車用來緊急情況下停機。
6.一種仿真操作模塊的設(shè)計方法，其特征在于，該仿真操作模塊的設(shè)計方法包括以下步驟: 建立煤礦通風(fēng)機運行場景的三維仿真系統(tǒng)，首先通過采用三維建模工具，將井下通風(fēng)巷道、煤礦通風(fēng)機系統(tǒng)等進(jìn)行三維建模，構(gòu)建煤礦通風(fēng)機運行的三維場景； 制作能夠?qū)崿F(xiàn)對上位機中的煤礦通風(fēng)機運行進(jìn)行控制的操作臺下位機系統(tǒng)； 采用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)操作臺下位機與煤礦通風(fēng)機運行三維場景的上位機進(jìn)行通信，從而達(dá)到培訓(xùn)煤礦通風(fēng)機相關(guān)工種技能的功能。
【文檔編號】G09B25/02GK103915031SQ201410000158
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】王大虎, 王敬沖, 劉海洋, 陳文博, 史艷楠 申請人:河南理工大學(xué)