一种基于混合现实技术的机车部件检修实训系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于混合现实技术的机车部件检修实训系统，属于机车模拟实训技术领域。该系统包括机车部件和头戴式的MR终端，MR终端通过设置的通信模块与机车部件连接，通信模块用于获取机车部件的器件状态信息，将机车部件的器件状态信息发送至MR终端；MR终端根据机车部件的器件状态信息，生成三维虚拟模型；识别机车部件的位置，定位用户与机车部件的运动和空间姿态；利用混合现实技术将机车部件与虚拟场景叠加，得到虚实叠加画面；根据用户的交互信息和机车部件的器件状态信息的变化情况，更新虚实叠加画面，实现对用户的机车部件操控及检修培训。本发明专利技术实现了虚拟信息和真实环境的实时匹配，具有很好的用户体验和更强的沉浸感，教学效果好。教学效果好。教学效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合现实技术的机车部件检修实训系统


[0001]本专利技术属于机车检修模拟实训
，具体涉及一种基于混合现实技术的机车部件检修实训系统。

技术介绍

[0002]目前，机车部件的检修教学方式主要以理论学习和实车演练为主，其中，理论学习过于抽象，无法提供学员的检修动手能力；而实车演练实训仅能使学员掌握基本部件认知和作业方法，对电路和控制系统缺乏可视化理解。通过开发一种基于混合现实技术的机车部件检修实训系统，解决当前存在的理论讲解难、实车演练操作难度大、风险高、实践考核评价难等教学难点，达到情景化课程教学的目的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于混合现实技术的机车部件检修实训系统，用于解决现有技术的机车部件实训系统的教学效果差、教学难的问题。
[0004]基于上述目的，一种基于混合现实技术的机车部件检修实训系统的技术方案如下：
[0005]包括机车部件和头戴式的MR终端，其中，MR终端设置有通信接收模块，机车部件设置有通信发送模块，通信接收模块与通信发送模块连接，用于获取机车部件上手动操作器件的状态信息，并将手动操作器件的状态信息发送至所述的MR终端，使MR终端中机车部件的手动操作器件状态信息与现实中机车部件的手动操作器件状态信息同步；所述MR终端用于根据所述机车部件的器件状态信息，生成三维虚拟模型；识别机车部件的位置，定位用户与机车部件的运动和空间姿态；利用混合现实技术，将真实的机车部件与三维虚拟模型叠加，得到虚实叠加画面；并根据用户的交互信息和机车部件的器件状态信息的变化情况，更新虚实叠加画面，从而实现对用户的机车部件操控培训。
[0006]上述技术方案的有益效果是：
[0007]本专利技术的机车部件检修实训系统，利用现有的MR终端与真实的机车部件进行数据同步，采用虚实结合的画面展示方式，对学员进行机车部件操控培训，学员可以对真实的机车部件进行操作，操作后产生的相关器件状态信息的变化，能够在更新的虚拟叠加画面中进行体现，具有很好的用户体验和更强的沉浸感，更具教学和实践意义。相对现有技术中只通过对机车部件进行一系列操作的培训方式而言，本专利技术的实训系统实现了虚拟信息和真实环境的实时匹配，达到了提高教学效果的目的。
[0008]进一步的，所述三维虚拟模型显示的虚拟场景包括机车部件与相应三维虚拟模型之间的气路或电路流通画面，当机车部件的手动操作器件状态信息改变时，所述气路或电路流通画面中也相应联动变化。让实训学员能够清晰的看到自己手动操作后，对机车产生的变化，提高培训效果。
[0009]进一步的，所述的虚拟场景还包括机车部件上手动操作器件的虚拟标签，包括机
车部件认知虚拟标签、机车部件模拟演练功能虚拟标签，其中，机车部件认知功能虚拟标签显示有相应器件的名称、用途以及注意事项，机车部件模拟演练功能虚拟标签显示有相应手动操作器件的操作步骤，包括操作顺序和操作指示。使学员能够根据虚拟标签的提示，进行实训操作。
[0010]进一步的，为了提高学员对机车部件的故障检修能力，所述机车部件包括有机车制动柜、牵引电动机、高压电器柜、低压电器柜、转向架等，各机车部件之间通信连接，联控实训，用于设置检修故障，实现故障检修教学。
[0011]作为其他实施方式，也可以不增设其他机车设备，采用所述的MR终端或者是机车部件中的处理器，用于设置检修故障，通过MR终端显示出发生故障部件的三维虚拟模型，当检测到正确的故障检修操作动作信号时，判定故障修复成功。
[0012]进一步的，为了提高培训效果，所述的虚拟标签包括两种显示状态：显示、不显示，根据用户的交互信息确定所述虚拟标签的显示状态。学员在操作熟练后，可取消虚拟标签显示，来验证是否操作真正操作熟练。
[0013]进一步的，所述MR终端中配置有交互操作模块，用于获取用户的交互信息，包括手势交互，和/或眼球凝视交互，和/或语音交互。
[0014]具体的，所述的手势交互为：通过环境感知和手部关节追踪算法，来识别出用户的手势姿态，对虚拟场景中的虚拟物体产生影响；
[0015]所述的眼球凝视交互为：通过MR终端安置的红外摄像机追踪眼球的转动，产生虚拟凝视光标，来代替手势来选择虚拟物体；
[0016]所述的语音交互为：通过麦克风，来接收用户语音，并通过识别关键字，来实现语音指令，实现对虚拟物体的操作；
[0017]进一步的，所述通信发送模块和通信接收模块均为无线通信模块，通过无线方式传输机车部件的器件状态信息，达到同步效果；作为其他实施方式，还可以采用有线通信方式，同步状态信息。
[0018]进一步的，为了实现机车部件的定位，所述识别机车部件的位置的方法为：
[0019]利用MR终端上设置的摄像头，获取机车部件的信息，并将该信息与设定的机车部件数据模型比对，当比对通过时，判断识别出机车部件的位置。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的机车部件检修实训系统的硬件结构图；
[0021]图2是本专利技术的机车部件检修实训系统中MR终端生成的虚实叠加画面的流程图；
[0022]图3-1是本专利技术的机车部件实训系统在进行机车制动柜总风阀门操作合位时的虚实叠加画面图；
[0023]图3-2是本专利技术的机车部件实训系统在进行机车制动柜总风阀门操作分位时的虚实叠加画面图；
[0024]图4是本专利技术的机车部件实训系统在进行机车制动柜弹停隔离塞门操作时的虚拟画面变化效果图；
[0025]图5是本专利技术的机车部件实训系统在进行教学时展示出机车部件带有虚拟标签的画面图；
[0026]图6是本专利技术的增设故障检修功能的机车部件实训系统示意图；
[0027]图4中的标号说明：
[0028]1，轮对；2，夹钳。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。
[0030]本专利技术提出一种基于混合现实技术的机车部件检修实训系统，如图1所示，该系统包括机车部件设备(简称机车部件)和一个MR终端，机车部件和MR终端中均设置有无线通信模块，MR终端设置有通信接收模块，机车部件设置有通信发送模块，通信接收模块与通信发送模块连接，使机车部件和MR终端之间进行无线通信。
[0031]本实施例中，MR终端与机车部件通过无线局域网相连，用于传输网络数据，即机车部件内各个器件状态(包括开关状态)均通过网络传输到MR终端，使MR终端中机车部件的器件状态数据始终与现实中机车部件的器件状态数据保持同步。
[0032]以同步开关状态为例，当现实中机车部件的A开关由闭合位到断开位，通过机车部件与MR终端之间的通信网络进行无线数据传输后，MR终端中获取机车部件的A开关信息也要由闭合位到断开位，这样来保持开关状态信息的实时同步。
[0033]MR终端用于根据机车部件的器件状态信息，生成三维虚拟模型和特效；识别机车部件的位置，定位用户与机车部件的运动和空间姿态；利用混合现实技术，将真实的机车部件与三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合现实技术的机车部件检修实训系统，其特征在于，包括机车部件和头戴式的MR终端，其中，MR终端设置有通信接收模块，机车部件设置有通信发送模块，通信接收模块与通信发送模块连接，用于获取机车部件上手动操作器件的状态信息，并将手动操作器件的状态信息发送至所述的MR终端，使MR终端中机车部件的手动操作器件状态信息与现实中机车部件的手动操作器件状态信息同步；所述MR终端用于根据所述机车部件的器件状态信息，生成三维虚拟模型；识别机车部件的位置，定位用户与机车部件的运动和空间姿态；利用混合现实技术，将真实的机车部件与三维虚拟模型叠加，得到虚实叠加画面；并根据用户的交互信息和部件的器件状态信息的变化情况，更新虚实叠加画面，从而实现对用户的机车部件操控培训。2.根据权利要求1所述的基于混合现实技术的机车部件检修实训系统，其特征在于，所述三维虚拟模型显示的虚拟场景包括机车部件与相应三维虚拟模型之间的气路或电路流通画面，当机车部件的手动操作器件状态信息改变时，所述气路或电路流通画面中也相应联动变化。3.根据权利要求2所述的基于混合现实技术的机车部件检修实训系统，其特征在于，所述的虚拟场景还包括机车部件上手动操作器件的虚拟标签，包括机车部件认知功能虚拟标签、机车部件模拟演练功能虚拟标签，其中，机车部件认知功能虚拟标签显示有相应器件的名称、用途以及注意事项；机车部件模拟演练功能虚拟标签显示有相应手动操作器件的操作步骤，包括操作顺序和操作指示。4.根据权利要求1所述的基于混合现实技术的机车部件检修实训系统，其特征在于，所述机车部件包括机车制动柜、牵引变压器、牵引电机、主变流柜、辅助滤波柜、高压电气柜、控制电器柜和转向架，各机车部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹俊磊，赵翔，栗君霞，刘沛源，寅宝宝，
申请(专利权)人：郑州畅想高科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：