基于VR虚拟现实的半实物综采实操平台制造技术

一种基于VR虚拟现实的半实物综采实操平台，涉及矿山安全培训技术领域，该平台包括由操作台、VR头盔、手柄和定位基站组成的硬件平台，和由理论培训模块、虚拟仿真模块和实操考核模块组成的软件平台；理论培训模块用于根据培训大纲制作三维动画，将三维动画的图像通过网络传输至显示设备，以在显示设备上显示三维动画；虚拟仿真模块用于采用VR虚拟现实的方式，实现巷道漫游模式、单机操作模式和工艺联合模式的模拟训练；实操考核模块用于显示根据所述培训大纲生成的考核内容，获取用户根据考核内容输入的答案，并根据答案确定用户的考核成绩。上述方案实现了综采设备实操的互动真实性和强烈的沉浸感，且从根本上改变综采设备操作培训的模式。作培训的模式。作培训的模式。

【技术实现步骤摘要】
基于VR虚拟现实的半实物综采实操平台


[0001]本申请涉及矿山安全培训
，尤其涉及一种基于VR虚拟现实的半实物综采实操平台。

技术介绍

[0002]煤炭生产企业机械设备操作培训，主要依靠口头传授和老技工传带，影响正常的生产作业，同时存在一定的安全隐患，采掘、提升、运输设备的误操作甚至带来严重的安全事故；煤矿安全监管部门的培训主要采用理论培训，脱离井下实际环境，内容较为抽象，培训效果较差；大中专院校学生的实习，出于安全考虑，井下一般只对矿山设备进行参观，不能真实看到设备的工作过程，更不能参与设备的操作，实习效果差。
[0003]目前煤矿综采培训主要采用模型讲解和虚拟体验等几种形式，模型采用可部分还原井下真实情况，起到认知作用；VR虚拟现实技术在国内外矿业中的应用取得了一定成果，其主要是针对如何提高矿业生产的安全性问题，均采用虚拟桌面和手柄进行互动操作。
[0004]但是，现有技术中的综采工作面设备操作难度大，相互配合关系复杂，操作人员需要经过系统培训；传统的井下设备实操培训方式周期长、效果差，甚至影响生产，存在安全隐患；新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于VR虚拟现实的半实物综采实操平台，其特征在于，包括，硬件平台和软件平台，其中，所述硬件平台包括操作台、VR头盔、手柄和定位基站，所述操作台的元器件的种类、功能、大小布局方式与采煤机操作台的原型设备相对应；所述软件平台包括理论培训模块、虚拟仿真模块和实操考核模块，其中，所述理论培训模块，用于根据培训大纲制作三维动画，将所述三维动画的图像通过网络传输至显示设备，以在所述显示设备上显示所述三维动画；所述虚拟仿真模块，用于采用VR虚拟现实的方式，实现巷道漫游模式、单机操作模式和工艺联合模式的模拟训练；所述实操考核模块，用于显示根据所述培训大纲生成的考核内容，获取用户根据所述考核内容输入的答案，并根据所述答案确定所述用户的考核成绩。2.如权利要求1所述的基于VR虚拟现实的半实物综采实操平台，其特征在于，所述虚拟仿真模块，还用于搭建综采工作面虚拟场景，其中，确定综采工作面的地质条件和基本参数，根据所述地质条件和基本参数设定所述综采工作面虚拟场景。3.如权利要求1或2所述的基于VR虚拟现实的半实物综采实操平台，其特征在于，所述基于VR虚拟现实的半实物综采实操平台还包括：上位机，其中，所述虚拟仿真模块，还用于在虚拟场景中构建虚拟操作台，所述虚拟操作台与所述操作台的状态反馈保持一致，其中，所述操作台的状态反馈在操作完成后通过所述操作台上的按钮指示灯进行显示；所述上位机，用于在进入虚拟仿真模式后，以预设时间间隔读取单片机寄存器数据，并将各通道变量反馈到所述虚拟操作台的面板上，以提示用户需要复位的控件。4.如权利要求1所述的基于VR虚拟现实的半实物综采实操平台，其特征在于，所述基于VR虚拟现实的半实物综采实操平台还包括：固定控件定位模块，其中，将所述定位基站固定到所述操作台上；所述虚拟仿真模块，还用于通过与控制面板的相对位置关系，将控件图像映射到所述虚拟场景中；所述固定控件定位模块，用于对所述操作台上的固定控件进行定位，其中，根据定位设备的位置推导出所述固定控件的位置，所述定位设备包括追踪器，所述追踪器固定于所述操作台的面板上，所述追踪器的姿态始终与所述操作台的姿态保持一致。5.如权利要求4所述的基于VR虚拟现实的半实物综采实操平台，其特征在于，在所述固定控件定位模块中，采用下述方式对所述固定控件进行定位：采用全局坐标系O
‑
XYZ进行建模，所述追踪器为原点确定的坐标系为局部坐标系O'
‑
X'Y'Z'，所述追踪器在全局坐标系中的坐标为(x0,y0,z0)，同一控件在所述全局坐标系和所述局部坐标系中的坐标分别为(X,Y,Z)和(X',Y',Z')，所述局部坐标系与所述全局坐标系Z、Y、X轴夹角分别为Ψ、θ、φ，由所述局部坐标系变换为所述全局坐标系需要经过下述两个步骤：将所述局部坐标系坐标轴旋转为与所述全局坐标系对应坐标轴一致；将所述局部坐标系原点平移到所述全局坐标系，坐标轴的旋转和平移过程表示为如下关系：
其中，R为旋转矩阵，绕三个轴旋转的次序不同，以欧拉角表示的旋转矩阵的形式不同，按照旋转顺序Z
→
Y
→
X求得的旋转矩阵为：根据上述两个公式求得所述固定控件在所述全局坐标系下的坐标；用户的手和眼在追踪器的局部坐标系中的位置随时间变化，并由定位系统封装好的程序给出，针对手坐标，在追踪器的局部坐标系中的坐标为(X
h
(t),Y
h
(t),Z
h
(t))，追踪器在全局坐标系中的坐标为：根据所述操作台与用户的手、眼的统一坐标系，以实现对所述固定控件的定位。6.如权利要求1所述的基于VR虚拟现实的半实物综采实操...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文臻，杨大山，刘宁宁，戴万波，张立亚，孟庆勇，彭然，孟杰，赵初峰，华冬，王洪利，张立群，
申请(专利权)人：煤炭科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：