本实用新型涉及挖掘机领域，具体而言，涉及一种矿产仿真挖掘装置与矿产仿真挖掘机。
背景技术：
煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层距地表的距离很近时，一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭，即为露天煤矿。当矿层接近地表时，使用露天开采的方式较为经济。矿层上方的土称为表土。在尚未开发的表土带中埋设炸药，接着需要操作学习者利用挖掘机、挖土机、卡车等设备移除表土。利用挖掘机进行煤矿的开采具有一定的技术性、可操作性、规范性、针对性以及科学性，因此需要对挖掘机操作学习者在对露天煤矿开采之前进行挖掘技术培训。
现有技术中的挖掘技术培训仅仅是操作学习者坐于挖掘机在平整路面进行技术操作中，由技术指导人员在旁进行指导，操作者的驾驶感(视觉、听觉和体感)不够贴近真实效果、且培训模式具备局限性、与实践衔接性差，培训效果不够良好，学员的体验感差。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种矿产仿真挖掘装置与矿产仿真挖掘机，其旨在改善上述的问题。
本实用新型提供一种技术方案：
第一方面，本实用新型实施例提供了一种矿产仿真挖掘装置，包括人机交互单元、显示屏、中央控制单元、声音输出单元、方向盘以及操作杆，所述中央控制单元分别与所述人机交互单元、所述显示屏、所述声音输出单元、所述方向盘以及所述操作杆电连接，所述人机交互单元用于获得操作学习者输入的矿产挖掘信息，所述操作杆与所述方向盘用于获得操作学习者输入的操作指令，所述中央控制单元用于依据预存储的与所述矿产挖掘信息和所述操作指令均关联的矿产挖掘场景信息传输至所述显示屏显示，所述中央控制单元还用于依据预存储的与所述矿产挖掘信息和所述操作指令均关联的场景声响，并将所述场景声响传输至所述声音输出单元播放。
进一步地，所述矿产仿真挖掘装置还包括驱动电机与自由移动平台，所述驱动电机的转子轴与所述自由移动平台连接，所述中央控制单元与所述驱动电机电连接，所述中央控制单元用于依据预存储的与所述矿产挖掘信息和所述操作指令均关联的矿产挖掘场景信息控制所述驱动电机执行驱动所述自由移动平台移动的操作。
进一步地，所述矿产仿真挖掘装置还包括无线通信模块与比较器，所述中央控制单元分别与所述无线通信模块、所述比较器电连接，所述中央控制单元用于在获得人机交互单元传输的操作结束指令后依据操作学习者的实时操作情况与预存储的规范操作流程计算实时操作得分，所述比较器用于对实时操作得分与合格分数进行比较，所述中央控制单元还用于依据比较结果生成模拟操作结果，并将所述模拟操作结果通过所述无线通信模块发送至一智能终端。
进一步地，所述矿产仿真挖掘装置还包括状态变化唤醒模块，所述人机交互单元、所述状态变化唤醒模块以及所述中央控制单元依次电连接，所述状态变化唤醒模块用于获得人机交互单元传输的启动信号后唤醒所述中央控制单元。
进一步地，所述状态变化唤醒模块、所述无线通信模块以及所述中央控制单元集成于一系统单芯片。
进一步地，所述矿产仿真挖掘装置还包括图像采集模块，所述图像采集模块用于采集操作学习者处于操作状态时的图像信息，所述中央控制单元用于将所述操作学习者处于操作状态时的图像信息通过所述无线通信模块发送至一云服务器存储。
进一步地，所述所述矿产仿真挖掘装置还包括身份信息输入单元，所述身份信息输入单元用于获得操作学习者输入的操作学习者身份信息，所述中央控制单元用于将操作学习者处于操作状态时的图像信息与操作学习者身份信息建立对应关系。
进一步地，所述身份信息输入单元包括密码输入电路、身份证信息输入接口、人脸识别单元、指纹输入单元中的任意一个或多个。
第二方面，本实用新型实施例还提供了一种矿产仿真挖掘机，所述矿产仿真挖掘机包括挖掘机体、座椅以及上述的矿产仿真挖掘装置，所述挖掘机体与所述座椅连接，所述座椅的高度低于所述挖掘机体，所述显示屏嵌设于所述挖掘机体，所述中央控制单元、所述声音输出单元位于所述挖掘机体内，所述挖掘机体还设置有中控操作平台，所述中控操作平台位于所述显示屏的下方，所述人机交互单元、所述方向盘以及所述操作杆均设置于所述中控操作平台。
进一步地，所述矿产仿真挖掘装置还包括驱动电机与自由移动平台，所述座椅连接于所述自由移动平台上，所述驱动电机位于所述自由移动平台的底部，所述驱动电机的转子轴与所述自由移动平台连接，所述中央控制单元与所述驱动电机电连接，所述中央控制单元用于依据预存储的与所述矿产挖掘信息和所述操作指令均关联的矿产挖掘场景信息控制所述驱动电机执行驱动所述自由移动平台移动的操作。
本实用新型提供的矿产仿真挖掘装置与矿产仿真挖掘机的有益效果是：操作学习者可通过操作杆与方向盘输入操作指令，从而模拟对真实的挖掘机的操作，并且通过人机交互单元输入的矿产挖掘信息，中央控制单元依据预存储的与所述矿产挖掘信息和所述操作指令均关联的矿产挖掘场景信息传输至所述显示屏显示，此时操作学习者从显示屏可身临其境的观察到矿产挖掘实时场景，中央控制单元还可以依据预存储的与所述矿产挖掘信息和所述操作指令均关联的场景声响，并将所述场景声响传输至所述声音输出单元播放，此时操作学习者从声音输出单元可身临其境的听到挖掘机处于作业发出的噪声，从而使得被培训的操作学习者处于虚拟逼真的采掘工作环境中，操作学习者的驾驶感(视觉、听觉和体感)十分贴近真实效果、且培训模式与实践衔接性好，培训效果良好，学员的体验感高。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型实施例提供的矿产仿真挖掘装置的电路连接框图。
图2为本实用新型实施例提供的矿产仿真挖掘装置分别与云服务器、智能终端之间的交互示意图。
图标：101-人机交互单元；102-显示屏；103-中央控制单元；104-声音输出单元；105-方向盘；106-操作杆；107-驱动电机；108-无线通信模块；109-比较器；110-状态变化唤醒模块；111-系统单芯片；112-图像采集模块；113-身份信息输入单元。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例一
请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种矿产仿真挖掘装置100，包括人机交互单元101、显示屏102、中央控制单元103、声音输出单元104、方向盘105、操作杆106、手刹、脚刹以及油门。中央控制单元103分别与人机交互单元101、显示屏102、声音输出单元104、操作杆106、手刹、脚刹以及油门电连接。人机交互单元101用于获得操作学习者输入的矿产挖掘信息，本实施例中，人机交互单元101可以为一触控屏，也可以为键盘与显示屏102的结合。当操作学习者打开矿产仿真挖掘装置100的开关后，用户通过人机交互单元101进入挖掘场景选择界面后，挖掘场景选择界面显示有多种挖掘学习场景供操作学习者选择。例如，倒堆采矿法、横运采矿法、纵运采矿法以及依据不同采矿地形的挖掘学习场景。
操作杆106与方向盘105用于获得操作学习者输入的操作指令，本实施例中，操作学习者可通过控制操作杆106输入更换档位，通过手刹、脚刹输入刹车指令，通过油门输入加油或减油指令。从而使得操作学习者可以模拟真实的挖掘机进行操作。
中央控制单元103用于依据预存储的与矿产挖掘信息和操作指令均关联的矿产挖掘场景信息传输至显示屏102显示，以及依据预存储的与矿产挖掘信息和操作指令均关联的场景声响，并将场景声响传输至声音输出单元104播放。本实施例中，声音输出单元104为扬声器。
较佳地，矿产仿真挖掘装置100还包括驱动电机107与自由移动平台，驱动电机107的转子轴与自由移动平台连接，中央控制单元103与驱动电机107电连接。自由移动平台上设置有驾驶座椅。中央控制单元103用于依据预存储的与矿产挖掘信息和操作指令均关联的矿产挖掘场景信息控制驱动电机107执行驱动自由移动平台移动的操作。
自由移动平台可以仿真操作学习者在挖掘场景中驾驶感受，例如，挖掘场景中，挖掘机正在上坡或下坡，此时中央控制单元103控制驱动电机107驱动自由移动平台向上或向下，以模拟真实的驾驶场景，再例如，挖掘场景中，操作学习者踩了刹车，中央控制单元103接收到刹车指令后控制驱动电机107驱动自由移动平台向前推，以模拟真实的驾驶场景。
矿产仿真挖掘装置100还包括无线通信模块108与比较器109，中央控制单元103分别与无线通信模块108、比较器109电连接。中央控制单元103用于在获得人机交互单元101传输的操作结束指令后依据操作学习者的实时操作情况与预存储的规范操作流程计算实时操作得分，比较器109用于对实时操作得分与合格分数进行比较，中央控制单元103还用于依据比较结果生成模拟操作结果，模拟操作结果可以分为合格、良好以及优秀，并将模拟操作结果通过无线通信模块108发送至一智能终端300。智能终端300可以为操作学习者本人或教练或驾驶员的家长等的手机或平板电脑，从而可以使得操作学习者本人或教练或驾驶员的家长及时了解到学习情况。
矿产仿真挖掘装置100还包括状态变化唤醒模块110，人机交互单元101、状态变化唤醒模块110以及中央控制单元103依次电连接，状态变化唤醒模块用于获得人机交互单元101传输的启动信号后唤醒中央控制单元103。本实施例中，中央控制单元103在未被唤醒时处于睡眠状态不耗电，节能环保。
状态变化唤醒模块110、无线通信模块108以及中央控制单元103集成于一系统单芯片111。将状态变化唤醒模块110、无线通信模块108以及中央控制单元103同时集成到系统单芯片111，无需安装外围的电路和元器件，结构简单，制造成本低。
矿产仿真挖掘装置100还包括图像采集模块112与身份信息输入单元113，图像采集模块112用于采集操作学习者处于操作状态时的图像信息，本实施例中，图像采集模块112采用摄像头。中央控制单元103用于将操作学习者处于操作状态时的图像信息通过无线通信模块108发送至云服务器200存储。身份信息输入单元113用于获得操作学习者输入的操作学习者身份信息，中央控制单元用于将操作学习者处于操作状态时的图像信息与操作学习者身份信息建立对应关系。指导教员可以输入操作学习者的身份信息，调用存储于云服务器200的学习者处于操作状态时的图像信息，并对操作学习者操作错误的地方找出并纠正。
本实施例中，身份信息输入单元113可以采用但不限于密码输入电路、身份证信息输入接口、人脸识别单元、指纹输入单元中的任意一个或多个。
实施例二
本实用新型实施例还提供了一种矿产仿真挖掘机，矿产仿真挖掘机包括挖掘机体、座椅以及上述实施例所述的矿产仿真挖掘装置100。其中，挖掘机体为仿真挖掘机模型，挖掘机体与座椅连接，座椅的高度低于挖掘机体，显示屏102嵌设于挖掘机体。中央控制单元103、声音输出单元104位于挖掘机体内，挖掘机体还设置有中控操作平台，中控操作平台位于显示屏102的下方，人机交互单元101、方向盘105以及操作杆106均设置于中控操作平台。
矿产仿真挖掘装置100还包括驱动电机107与自由移动平台，座椅连接于自由移动平台上，驱动电机107位于自由移动平台的底部，驱动电机107的转子轴与自由移动平台连接，中央控制单元103与驱动电机107电连接，中央控制单元103用于依据预存储的与矿产挖掘信息和操作指令均关联的矿产挖掘场景信息控制驱动电机107执行驱动自由移动平台移动的操作。
综上所述，本实用新型提供的矿产仿真挖掘装置与矿产仿真挖掘机，操作学习者可通过操作杆106与方向盘105输入操作指令，从而模拟对真实的挖掘机的操作，并且通过人机交互单元101输入的矿产挖掘信息，中央控制单元103依据预存储的与矿产挖掘信息和操作指令均关联的矿产挖掘场景信息传输至显示屏102显示，此时操作学习者从显示屏102可身临其境的观察到矿产挖掘实时场景，中央控制单元103还可以依据预存储的与矿产挖掘信息和操作指令均关联的场景声响，并将场景声响传输至声音输出单元104播放，此时操作学习者从声音输出单元104可身临其境的听到挖掘机处于作业发出的噪声，从而使得被培训的操作学习者处于虚拟逼真的采掘工作环境中，操作学习者的驾驶感(视觉、听觉和体感)十分贴近真实效果、且培训模式与实践衔接性好，培训效果良好，学员的体验感高。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。