本发明专利技术公开了一种特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法，包括硬件控制设备、软件控制系统和时机幅度触感训练手法，所述软件控制系统安装在硬件控制设备中，并控制硬件控制设备按指令教导、训练和纠正学员进行操作，操作模拟装置设置有束缚手脚的简易装置，所述传感器安装在并反馈教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置和学员的实时信息；所述时机幅度触感训练手法包括机器触感被动训练手法、学员掌握的动作评价手法和学员缺陷强化训练手法。本发明专利技术虚拟与现实相结合，让学员身临其境的学习，能够用来训练各种常规或特种技能，并低成本、高效率、无危险性的让学员掌握，培养临危不乱的本能习惯。
【技术实现步骤摘要】
特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法
本专利技术涉及技师技能培训考核领域，尤其涉及一种特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法。
技术介绍
目前人们掌握机械操作的使用方法是，通常在前期理论课结束后，就进行实际上模拟机操作训练，然后上真实机器学习其操作技能、技巧。目前市场上面有：挖掘机、装载机、平地机、旋挖钻机、推土机等等二十多种机器的模拟机；这种培训方法已经比较科学；但是仍然美中不足，对于教练员要求比较高，急需专利技术一种高端，并且能够模拟真机主动指挥带动学员手、脚、视角运动，达到傻瓜式教学；对于很多特种机器，模拟机软件开发周期长成本很高，市场机器存量不太大，但是其操作细节很多又十分复杂，没有模拟机，理论后直接上机培训，这种实际训练方式、方法存在着很多问题，例如成本大、耗材高、占用场地大、消耗较多燃料、排放污染多等缺点，使用者在训练过程中也受到时间、经济条件等限制，造成使用者不能熟练掌握机械的操作技能、技巧，在以后的实际工作中也带来许多的安全隐患。对于新设计的高端模拟设备，中间需要一个特别的连接杆，能够实现空载分离，需要的时候给信号连接锁定，并且在锁定情况下，如果推拉超过一定力度，又能够报警，使用寿命长、体积小、质量轻、价格实惠的连接杆。当前，在机械工程领域和其他领域机械设备的模拟机培训教学过程中，通常都是学员在了解了模拟机实训操作流程后自己根据操作要求去完成上机的各种操作，以完成模拟实训任务，但在实际操作过程中往往由于初次接触模拟机，对模拟机的操作要求和适应能力不能一下子到位，导致在模拟操作过程中达不到理想的操作状态，尽管模拟机实训操作与真实的设备上机操作危险性较低，成本也相对较小，但如何通过科学有效的模拟机设计在同样的时间内使学员快速达到理想的上机操作水平是困扰模拟机培训教学的一个难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法，大幅降低真机操作风险和成本，并且能够分析、掌握和个性化针对性训练学员熟练掌握各种常规或特种技能。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法，包括硬件控制设备、软件控制系统和时机幅度触感训练手法，三者别具匠心的结合方式相当于为学员提供了一个入门初期的机械导师，在学员还是一穷二白，什么都不懂的情况下，有一个时时刻刻手把手，脚把脚的实时贴身指教导师，帮助学员快速突破入门时刻的艰难关卡，通过触感刺激准确掌握技术要领，不死板教条的受书本理论知识的束缚，快速成为熟练的实操人员，所述软件控制系统安装在硬件控制设备中，并控制硬件控制设备按指令教导、训练和纠正学员进行操作，所述硬件控制设备包括安装骨架、外壳、电路板、传感器、教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置，所述电路板设置有集成电路，安装在有外壳的安装骨架上，通过电线电缆或线束或无线接收发送装置与传感器、教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置分别连接，构成回路，接收或传送各种信号和/或指令，所述驱动装置连接并驱动操作模拟装置工作，所述操作模拟装置设置有束缚手脚的简易装置，所述传感器安装在并反馈教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置和学员的实时信息；所述时机幅度触感训练手法包括机器触感被动训练手法、学员掌握的动作评价手法和学员缺陷强化训练手法，具体的是包括步骤①-⑨：①.由系统讲解演示正规操作过程；②.让学员按标准要求站立或坐好，手握各种模拟操纵杆或键盘鼠标、脚踩或虚踩各模拟踏板或模拟位置或对应开关传感器，并用束缚手脚的简易装置轻轻束缚手、脚；③.软件控制系统驱动模拟操作控制装置按有人在进行标准操作时，各模拟装置理应运作的时机、持续时间、动作方向、动作顺序和动作幅度进行运动，带动学员的手、脚运动，让学员通过触觉感受标准操作的时机、持续时间、动作方向、动作顺序和动作幅度；④.运动过程中，驱动装置克服并补偿学员因生涩不协调而产生的阻力矢量，确保标准动作的时机、动作、顺序和幅度的精确控制和到位；⑤.各部位的传感器监控、记录和该阻力矢量实时补偿值；⑥.分析阻力矢量实时补偿值与标准动作之间的关系和差别幅度，计算差别部分与标准动作之间的比率，分析学员对操作要点的现状把握、存在的明显缺陷和需要加强训练的细节，根据比率确定偏差程度和缺陷需要加强训练的强度；⑦.根据分析结果，用显示器显示或喇叭播音向学员展示学员操作失误的时机和幅度，与标准操作相比应该更改调整的时机和幅度，同步提醒学员当前操作如何改进和跟上标准操作的节奏；⑧.针对学员存在的明显缺陷和需要加强训练的细节，继续按步骤1-6的方式反复训练学员，获取学员训练学习时的传感器数据进行分析，当传感器数据分析得到的整套目标操作的阻力矢量实时补偿值为零或处于视为掌握学习的差别范围内，判断学员已熟练掌握被动阶段的学习任务；⑨.切换训练模式，进入主动熟练度训练和意外应急训练模式，按比例突然增加之前被动训练时的缺陷环节，并用传感器实时记录和分析出学员进步情况和技能熟练度。进一步的，所述软件控制系统至少包括以下模块中的一种以上：训练科目技术分解解说模块：用记录并向学员展示训练科目细节的构成、要点、控制或判断的技巧；人机互动交流模块：用于确认学员的学习掌握情况和实际理解情况，优化学员的学习内容，和实际掌握情况；传感器信息分析模块：用于从传感器接受信号，并对所接受的信息予以分析，判断学员和系统的各零部件实时状态和预期的下一步结果；主动指挥程序模块：通过教学指挥硬件主动讲解训练科目细节的构成、要点、控制或判断的技巧，进行常规教学，讲解科目细节一步，等待学员操作一步，接受确认学员的操作反馈，待学员反复操作熟练，进行下一科目细节讲解；被动指挥程序模块：主动讲解训练科目细节的构成、要点、控制或判断的技巧，让学员以专业手法接触各教学指挥硬件，自动驱动教学指挥硬件按训练科目细节运动，带动学员的身体器官运动，进行被动触感感受式教学；考评模块：获取学员操作实时状态、传感器实时数据、学员答题内容，与标准答案和容错答案进行对比，评价学员的动作完成度、知识点掌握、技能熟练度等成绩。进一步的，所述传感器包括位置传感器、速度传感器、视频图像摄像头、声音传感器中的一种以上，设置在操作模拟装置任意有相对运动位置或有声响发生位置或有需要视频确认操作动作幅度和操作手法的位置或有必要监控速度和加速度的位置，通过导线、线束或无线信号收发器与电路板连接，进行实时监控反馈或指令数据交流，以供集成电路分析和确认指令执行的实际完成质量反馈。进一步的，所述教学指挥硬件包括显示屏、发声装置、指挥旗帜、信号灯光系统、模拟负载、安全防护装置、事故模拟装置中的一种以上，以上教学指挥硬件设置在利于学生观察的相对位置或位于目标模拟专业设备的发声、发光、有信号源的对应位置。进一步的，所述操作模拟装置包括控制按钮、手动操纵装置、脚踩操纵装置、触摸屏、座椅、安全防护装置中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法，包括硬件控制设备、软件控制系统和时机幅度触感训练手法，所述软件控制系统安装在硬件控制设备中，并控制硬件控制设备按指令教导、训练和纠正学员进行操作，其特征在于：所述硬件控制设备包括安装骨架、外壳、电路板、传感器、教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置，所述电路板设置有集成电路，安装在有外壳的安装骨架上，通过电线电缆或线束或无线接收发送装置与传感器、教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置分别连接，构成回路，接收或传送各种信号和/或指令，所述驱动装置连接并驱动操作模拟装置工作，所述操作模拟装置设置有束缚手脚的简易装置，所述传感器安装在并反馈教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置和学员的实时信息；所述时机幅度触感训练手法包括机器触感被动训练手法、学员掌握的动作评价手法和学员缺陷强化训练手法：/n所述机器触感被动训练手法包括步骤①-③：①.由系统讲解演示正规操作过程；②.让学员按标准要求站立或坐好，手握各种模拟操纵杆或键盘鼠标、脚踩或虚踩各模拟踏板或模拟位置或对应开关传感器，并用束缚手脚的简易装置轻轻束缚手、脚；③.软件控制系统驱动模拟操作控制装置按有人在进行标准操作时，各模拟装置理应运作的时机、持续时间、动作方向、动作顺序和动作幅度进行运动，带动学员的手、脚运动，让学员通过触觉感受标准操作的时机、持续时间、动作方向、动作顺序和动作幅度；所述学员掌握的动作评价手法包括步骤④-⑤：④.运动过程中，驱动装置克服并补偿学员因生涩不协调而产生的阻力矢量，确保标准动作的时机、动作、顺序和幅度的精确控制和到位；⑤.各部位的传感器监控、记录和该阻力矢量实时补偿值；⑥.分析阻力矢量实时补偿值与标准动作之间的关系和差别幅度，计算差别部分与标准动作之间的比率，分析学员对操作要点的现状把握、存在的明显缺陷和需要加强训练的细节，根据比率确定偏差程度和缺陷需要加强训练的强度；所述学员缺陷强化训练手法包括步骤:⑦-⑨，⑦.根据分析结果，用显示器显示或喇叭播音向学员展示学员操作失误的时机和幅度，与标准操作相比应该更改调整的时机和幅度，同步提醒学员当前操作如何改进和跟上标准操作的节奏；⑧.针对学员存在的明显缺陷和需要加强训练的细节，继续按步骤①-⑥的方式反复训练学员，获取学员训练学习时的传感器数据进行分析，当传感器数据分析得到的整套目标操作的阻力矢量实时补偿值为零或处于视为掌握学习的差别范围内，判断学员已熟练掌握被动阶段的学习任务；⑨.切换训练模式，进入主动熟练度训练和意外应急训练模式，按比例突然增加之前被动训练时的缺陷环节，并用传感器实时记录和分析出学员进步情况和技能熟练度。/n...
【技术特征摘要】
1.一种特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法，包括硬件控制设备、软件控制系统和时机幅度触感训练手法，所述软件控制系统安装在硬件控制设备中，并控制硬件控制设备按指令教导、训练和纠正学员进行操作，其特征在于：所述硬件控制设备包括安装骨架、外壳、电路板、传感器、教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置，所述电路板设置有集成电路，安装在有外壳的安装骨架上，通过电线电缆或线束或无线接收发送装置与传感器、教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置分别连接，构成回路，接收或传送各种信号和/或指令，所述驱动装置连接并驱动操作模拟装置工作，所述操作模拟装置设置有束缚手脚的简易装置，所述传感器安装在并反馈教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置和学员的实时信息；所述时机幅度触感训练手法包括机器触感被动训练手法、学员掌握的动作评价手法和学员缺陷强化训练手法：
所述机器触感被动训练手法包括步骤①-③：①.由系统讲解演示正规操作过程；②.让学员按标准要求站立或坐好，手握各种模拟操纵杆或键盘鼠标、脚踩或虚踩各模拟踏板或模拟位置或对应开关传感器，并用束缚手脚的简易装置轻轻束缚手、脚；③.软件控制系统驱动模拟操作控制装置按有人在进行标准操作时，各模拟装置理应运作的时机、持续时间、动作方向、动作顺序和动作幅度进行运动，带动学员的手、脚运动，让学员通过触觉感受标准操作的时机、持续时间、动作方向、动作顺序和动作幅度；所述学员掌握的动作评价手法包括步骤④-⑤：④.运动过程中，驱动装置克服并补偿学员因生涩不协调而产生的阻力矢量，确保标准动作的时机、动作、顺序和幅度的精确控制和到位；⑤.各部位的传感器监控、记录和该阻力矢量实时补偿值；⑥.分析阻力矢量实时补偿值与标准动作之间的关系和差别幅度，计算差别部分与标准动作之间的比率，分析学员对操作要点的现状把握、存在的明显缺陷和需要加强训练的细节，根据比率确定偏差程度和缺陷需要加强训练的强度；所述学员缺陷强化训练手法包括步骤:⑦-⑨，⑦.根据分析结果，用显示器显示或喇叭播音向学员展示学员操作失误的时机和幅度，与标准操作相比应该更改调整的时机和幅度，同步提醒学员当前操作如何改进和跟上标准操作的节奏；⑧.针对学员存在的明显缺陷和需要加强训练的细节，继续按步骤①-⑥的方式反复训练学员，获取学员训练学习时的传感器数据进行分析，当传感器数据分析得到的整套目标操作的阻力矢量实时补偿值为零或处于视为掌握学习的差别范围内，判断学员已熟练掌握被动阶段的学习任务；⑨.切换训练模式，进入主动熟练度训练和意外应急训练模式，按比例突然增加之前被动训练时的缺陷环节，并用传感器实时记录和分析出学员进步情况和技能熟练度。
2.根据权利要求1所述的一种特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法，其特征在于：所述软件控制系统包括以下模块：
人机互动交流模块：用于确认学员的学习掌握情况和实际理解情况，优化...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋伍迪，
申请(专利权)人：厦门腾奇智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35
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