一种无人机全息训练系统的制作方法

本发明属于模拟训练
技术领域：
，具体涉及一种无人机全息训练系统。
背景技术：
：目前，无人机在民用、商用及军事领域发展迅速，并逐渐应用于医疗、影视、体育等许多其他领域，无人机技术进入全面发展时期。但是无人机操作难度大，新手无法快速上手使用，需要经过一定的模拟训练才能上手。现有的无人机模拟训练系统主要是通过无人机模型让受训者了解无人机外在特征、子部件、子系统之间的联系，帮助受训者学习无人机操作。通过现有的模拟训练系统可以使受训者很快熟悉无人机的基本原理、结构和功能，掌握无人机的操作使用方法。但是，目前还没有为受训者提供无人机拆装等相关知识教学的模拟训练系统，而学习无人机拆装对于无人机新手来说是尤为重要的，学习无人机拆装相当于是理论联系实践的过程，而真正的自己动手的实践可以帮助受训者更详尽的掌握无人机原理和构造的知识，更能提高无人机模拟训练教学效率。目前也没有一款基于虚拟现实技术训练受训者拆装无人机的系统，基于虚拟现实技术使老师和学生在虚拟现实的环境中完成无人机的教学和训练，降低了在使用真实无人机教学时对场地、拆装次数、元器件磨损、人员管理等方面的限制。技术实现要素：本发明提供了一种无人机全息训练系统，在三维虚拟环境下为学员提供无人机拆卸、组装、维修模拟训练，并具有考核评价功能，帮助无人机初学者更快速、详尽掌握无人机机械、电气知识，提高教学效率，不受教学场地、拆装次数、元器件磨损、人员管理等方面的限制。本发明提供的一种无人机全息训练系统，包括用户单元、训练单元、显示单元，所述用户单元用于用户运行和操作无人机全息训练系统，为用户提供360°无人机训练虚拟现实视场，支持用户头部6自由度位置追踪并控制无人机训练虚拟现实视场变化，支持用户6自由度手势交互，响应手部指令；所述训练单元包括原理演示模块、操作训练模块、故障管理模块、考核评估模块，所述原理演示模块用于以视频、文档、图片的方式向用户展示无人机机体和机载设备的组成和拆卸过程，所述操作训练模块用于在系统虚拟环境下向用户以3d的形式详尽的展示无人机的每一步拆卸和组装的操作步骤，用户通过用户单元进行实际操作完成无人机拆卸和组装的练习，所述故障管理模块包括故障维修模块，所述故障维修模块用于在系统虚拟环境下用户通过用户单元进行实际操作完成无人机故障查找、排除练习，所述考核评估模块用于对用户进行关于无人机机体以及机载设备的相关知识技能进行的考核，以检验用户的实际掌握情况，并且根据实际的操作结果评估打分；所述显示单元用于实时显示无人机训练视频。优选的，所述显示单元采用全息投影设备，控制投影仪播放训练视频并在全息膜上投射出影像，用户裸眼可看到三维训练影像。优选的，所述显示单元还采用高清电视，与全息投影设备同步播放训练视频。优选的，所述用户单元通过pc平台运行和操作无人机全息训练系统。优选的，所述用户单元采用数字头盔为用户提供360°无人机训练虚拟现实视场，支持用户头部6自由度位置追踪并控制无人机训练虚拟现实视场变化。优选的，所述用户单元采用三维手柄支持用户6自由度手势交互，响应手部指令。优选的，所述无人机全息训练系统还包括用户管理单元，所述用户管理单元用于对用户考核成绩进行管理。优选的，所述操作训练模块还包括机体拆装模块和机载设备拆装模块，所述机体拆装模块包括中翼与机身拆装、中外翼与中翼拆装、外翼与中外翼拆装、尾撑与中翼拆装、平尾与垂尾拆装、定向天线罩拆装；所述机载设备拆装模块包括电动油泵组件拆装、机载电池组拆装、油量传感器拆装、天线控制盒拆装、逆变器拆装、舱门驱动装置拆装、收发组合拆装、角速率陀螺拆装、稳压电源拆装、机载计算机拆装、总压管拆装、静压管路拆装、垂直陀螺拆装、航向传感器拆装、双星天线拆装、舵面舵机拆装、风门/气道舵机拆装。优选的，所述故障管理模块还包括故障添加模块、故障删除模块、故障修改模块，所述故障添加模块用于在系统使用过程中添加新的故障，所述故障删除模块用于在系统使用过程中删除不能满足训练需要的故障，所述故障修改模块用于在系统使用过程中更新个别故障节点或参数。优选的，所述训练单元还包括碰撞检测模块，所述碰撞检测模块用于在系统虚拟环境下检测用户在拆卸、组装、维修训练过程中是否发生拆卸、组装、维修对象和其它物体发生碰撞，如发生碰撞禁止该操作。本发明的有益效果：本系统为学员和老师创造一个与现实一样的虚拟无人机和虚拟场景，采用数字头盔和三维手柄等虚拟现实设备使老师和学生在虚拟现实的环境中完成无人机的教学和训练，同时结合增强显示设备(全息投影设备)，把学员在虚拟环境中看到的景象直观的展现出来；通过本系统实现无人机拆装、维修等相关知识的教学、训练和考核评估，极大的提高了教学效率，同时极大的降低了在使用真实无人机教学时对场地、拆装次数、元器件磨损、人员管理等方面的限制；系统具有可靠性、安全性、灵活性、容错性高的优势，而且系统响应速度以及数据更新速度很快。附图说明图1为本发明系统的原理框图，图2是三维模型搭建流程，图3是三维场景搭建流程。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，不能理解为对本发明具体保护范围的限定。实施例参照图1，本实施例的无人机全息训练系统，包括用户单元、训练单元、显示单元，所述用户单元用于用户运行和操作无人机全息训练系统，为用户提供360°无人机训练虚拟现实视场，支持用户头部6自由度位置追踪并控制无人机训练虚拟现实视场变化，支持用户6自由度手势交互，响应手部指令。所述训练单元包括原理演示模块、操作训练模块、故障管理模块、考核评估模块，所述原理演示模块用于以视频、文档、图片的方式向用户展示无人机机体和机载设备的组成和拆卸过程。主要内容包括无人机机体是由几部分组成的，分别叫什么名字；部件之间是如何连接的；部件该如何拆卸，使用什么工具；部件的拆卸流程和顺序；机载设备的数量和名称；机载设备的连接方式和组成图；机载设备的拆装步骤和流程。所述操作训练模块用于在系统虚拟环境下向用户以3d的形式详尽的展示无人机的每一步拆卸和组装的操作步骤，用户通过用户单元进行实际操作完成无人机拆卸和组装的练习。作为本实施例的一个优选实施方式，所述操作训练模块包括机体拆装模块和机载设备拆装模块，所述机体拆装模块包括中翼与机身拆装、中外翼与中翼拆装、外翼与中外翼拆装、尾撑与中翼拆装、平尾与垂尾拆装、定向天线罩拆装；所述机载设备拆装模块包括电动油泵组件拆装、机载电池组拆装、油量传感器拆装、天线控制盒拆装、逆变器拆装、舱门驱动装置拆装、收发组合拆装、角速率陀螺拆装、稳压电源拆装、机载计算机拆装、总压管拆装、静压管路拆装、垂直陀螺拆装、航向传感器拆装、双星天线拆装、舵面舵机拆装、风门/气道舵机拆装。所述故障管理模块包括故障维修模块，所述故障维修模块用于在系统虚拟环境下用户通过用户单元进行实际操作完成无人机故障查找、排除练习。用户通过用户单元进入本系统后，操作执行故障维修，首先观察故障现象，然后查找故障原因，找到解决办法，操作排除故障，最后观察故障是否排除。所述考核评估模块用于对用户进行关于无人机机体以及机载设备的相关知识技能进行的考核，以检验用户的实际掌握情况，并且根据实际的操作结果评估打分。用户通过用户单元进入本系统后，操作执行考核评估，在操作过程中系统记录操作人员的关键步骤，并且把错误的步骤进行记录，最终根据记录进行相应的考核评估打分，并记录成绩。所述显示单元用于实时显示无人机训练视频。作为本实施例的一个优选实施方式，所述显示单元采用全息投影设备，控制投影仪播放训练视频并在全息膜上投射出影像，用户裸眼可看到三维训练影像。全息投影设备的参数配置如表一所示：表一作为本实施例的另一个优选实施方式，所述显示单元还采用高清电视，与全息投影设备同步播放训练视频，满足用户的多种观看需求。高清电视的参数配置如表二所示：表二作为本实施例的另一个优选实施方式，所述用户单元通过pc平台运行和操作无人机全息训练系统。本实施例的系统客户端软件安装在pc平台端，用户通过双击客户端软件打开无人机全息训练系统界面，在主界面点击相应的训练模块来操作系统。作为本实施例的另一个优选实施方式，所述用户单元采用数字头盔为用户提供360°无人机训练虚拟现实视场，支持用户头部6自由度位置追踪并控制无人机训练虚拟现实视场变化。数字头盔的基本参数配置如表三所示：参数性能显示器分辨率1200×1080preeye视场角度110度刷新率90hz显示屏oled屏幕材质工程塑料颜色黑色眼镜佩戴支持瞳孔间距自动调整运动跟踪6自由度体感追踪技术支持视频接口hdmi、displayport两种作为本实施例的另一个优选实施方式，所述用户单元采用三维手柄支持用户6自由度手势交互，响应手部指令。本系统采用与数字头盔配套的vive专用控制手柄，通过软件编程可进行虚拟场景中物体的抓取、移动、旋转等动作。vive控制手柄有空间定位功能，可在20平米的房间内精确地获取手柄的位置和自传动作。作为本实施例的另一个优选实施方式，所述无人机全息训练系统还包括用户管理单元，所述用户管理单元用于对用户考核成绩进行管理，方便老师和学员用进行查询。作为本实施例的另一个优选实施方式，所述故障管理模块还包括故障添加模块、故障删除模块、故障修改模块，所述故障添加模块用于在系统使用过程中添加新的故障，具体的，系统在使用过程中发现有新的故障，比如机体的某电路故障没有，可以通过该模块添加，有利于提高系统使用过程的灵活性和可扩展性。所述故障删除模块用于在系统使用过程中删除不能满足训练需要的故障，具体的，系统设置的一些故障已经不能满足学员训练需求，可以通过该模块进行删除，有利于提高系统的排错性，减少系统数据冗余。所述故障修改模块用于在系统使用过程中更新个别故障节点或参数，避免学员在使用过程中误用。作为本实施例的另一个优选实施方式，所述训练单元还包括碰撞检测模块，所述碰撞检测模块用于在系统虚拟环境下检测用户在拆卸、组装、维修训练过程中是否发生拆卸、组装、维修对象和其它物体发生碰撞，如发生碰撞禁止该操作。也就是说在无人机的拆卸、装配、维修训练中，用户可使用碰撞检测功能，对操作过程中可能发生的碰撞进行检测，当用户移动操作对象时，系统将会实时检测该对象是否与其他物体发生碰撞，如果发生碰撞，则将禁止操作。如图2所示，本实施例的无人机三维模型以及工具的制作主要遵循资源采集、结构创建、uv重置、贴图绘制、轻量化处理、模型导出等主要步骤，三维模型主要采用3dmax软件进行制作，贴图绘制主要采用photoshop软件，均属于现有技术不再赘述。如图3所示，三维场景的搭建主要遵循模型细节优化、模型阴影渲染到场景、搭建三维场景、添加天空光照效果等主要步骤，也属于现有技术不再赘述。当前第1页12