一种电网增强现实培训系统的制作方法

本发明涉及电力培训设备技术领域，更具体地说，涉及一种电网增强现实培训系统。

背景技术：

电力系统运行是电力安全生产的重要环节，其高度可靠性和安全性对运行人员提出了较高的要求。作为电力生产人员，不仅需要掌握相关理论知识，还需要在理论基础上锻炼实际应用和操作水平，因此电力系统仿真培训系统一直以来都受到了广大电力行业研究人员的重视。传统的基于实体的培训系统，由于需要专用设备实现，设备不仅复杂，需要较大的空间，而且价格昂贵，学员需要花费大量的时间和精力到专门的培训机构才能接受培训。这些因素在一定程度上限制了学员人数和学习质量。因此，在电力系统培训中，亟需一种结构简单、占用空间小、价格低廉的培训系统，对学员进行培训。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电网增强现实培训系统，该系统不仅可以给学员提供身临其境的爬杆训练体验，从而增强训练效果，缩短培训时间，还具有结构简单、占用空间小、价格低廉等优点。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电网增强现实培训系统，包括电力爬杆模拟装置和vr系统，所述电力爬杆模拟装置包括安全绳、模拟杆、踏脚和底座，所述模拟杆竖直设置于所述底座上，所述踏脚活动设置于所述模拟杆上，所述安全绳的一端连接于模拟杆上，所述安全绳的另一端具有供学员穿戴的固定装备；所述vr系统包括vr头显、运动追踪模块和处理模块，所述vr头显用于显示vr图像，为学员提供虚拟现实的爬杆场景，所述运动追踪模块用于监测学员肢体的三维空间方位，所述处理模块用于根据运动追踪模块的数据，计算获取学员肢体三维空间方位的运动变化轨迹，并不断输出vr图像至所述vr头显。

进一步地，所述电力爬杆模拟装置还包括伺服电机系统，所述伺服电机系统设于所述底座内部，并与底座的活动顶板连接。

进一步地，所述活动顶板上固设有加强板，所述模拟杆通过所述加强板与所述活动顶板连接。

进一步地，所述电力爬杆模拟装置还包括风力模拟系统，所述风力模拟系统包括鼓风机和出风口，所述出风口设于所述模拟杆上。

进一步地，所述风力模拟系统包括至少2个出风口，且所述出风口沿所述模拟杆的长度方向排列。

进一步地，所述电力爬杆模拟装置还包括卷扬机，所述卷扬机设于模拟杆内部，所述安全绳的一端穿过所述模拟杆的连接孔绕卷在所述卷扬机上。

进一步地，所述电力爬杆模拟装置还包括电磁装置，安全绳的一端通过电磁装置与模拟杆连接。

进一步地，所述运动追踪模块包括高度传感器、加速度计、陀螺仪和磁力计，所述运动追踪模块附着于学员的各主要关节部位，以捕捉学员的各主要关节在三维空间中的方位。

进一步地，所述处理模块包括计算模块和vr图像模块，所述计算模块用于计算获取学员肢体三维空间方位的运动轨迹数据，所述vr图像模块根据运动轨迹数据生成并输出vr图像。

进一步地，所述vr系统还包括数据手套。

本发明提供的一种电网增强现实培训系统，包括电力爬杆模拟装置和vr系统，所述电力爬杆模拟装置包括安全绳、模拟杆、踏脚和底座，所述vr系统包括vr头显、运动追踪模块和处理模块。电力爬杆模拟装置可以在有限的场地内为电力检修学员提供爬杆训练，增加学员的爬杆技巧，而vr系统可以为学员在训练过程中提供身临其境的现实感，能够有效强化学员的训练成果，在熟练掌握爬杆技巧的同时进一步缩短训练时间。此外，该系统还具有结构简单、空间占用小等优点。

为了更加接近于电力检修时的真实环境，本系统还加入了其他模拟现实的装置，如伺服电机系统、风力模拟系统和坠落模拟系统。伺服电机系统通过活动顶板带动其上的模拟杆进行上下、左右等规律或不规律的运动，可以模拟出现实环境中爬杆时电杆的摇摆、震动。风力模拟系统可以模拟现实中存在横风时的爬杆场景。坠落模拟系统可以模拟爬杆过程中可能突发的跌落等紧急情形。通过以上附加系统，本发明提供的电网增强现实培训系统不仅可以训练学员在常规条件下的爬杆技巧，还能让学员身临其境地体验爬杆中可能遇到的各种非常规情形，以训练其反应和应对能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一个实施例中电力爬杆安全教育模拟装置的结构示意图；

图2为本发明一个实施例中坠落模拟系统的剖面结构示意图；

图3为本发明一个实施例中vr系统的示意图。

其中，附图中标记如下：

10-安全绳，20-模拟杆，30-踏脚，40-伺服电机系统，50-底座，51-活动顶板，60-出风口，70-卷扬机，80-加强板，101-vr头显，102-运动追踪模块，103-处理模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和2，图1为本发明一个实施例中电力爬杆安全教育模拟装置的结构示意图；图2为本发明一个实施例中坠落模拟系统的剖面结构示意图；图3为本发明一个实施例中vr系统的示意图。

如图1、3所示，本发明提供一种电网增强现实培训系统，包括电力爬杆模拟装置和vr系统。其中：所述电力爬杆模拟装置包括安全绳10、模拟杆20、踏脚30和底座50，所述模拟杆20竖直设置于所述底座50上，所述踏脚30活动设置于所述模拟杆20上，所述安全绳10的一端连接于模拟杆20上，所述安全绳10的另一端具有供学员穿戴的固定装备；所述vr系统包括vr头显101、运动追踪模块102和处理模块103，vr头显101、运动追踪模块102分别与处理模块103通过有线或无线方式进行数据连接。所述vr头显101用于显示vr图像，为学员提供虚拟现实的爬杆场景，所述运动追踪模块102用于监测学员肢体的三维空间方位，所述处理模块103用于根据运动追踪模块102的数据，计算获取学员肢体三维空间方位的运动变化轨迹，并不断输出vr图像至所述vr头显101。

电网增强现实培训系统的使用方法：学员头戴vr头显，装备运动追踪模块，在电力爬杆模拟装置上进行爬杆训练。在爬杆过程中，vr头显将学员对外界的视觉、听觉封闭，引导学员产生一种身在现实环境中的感觉，以增强临场感。运动追踪模块不断获取学员肢体在三维空间中的方位数据，并将数据传输至处理模块。处理模块通过计算，获取学员三维空间方位的运动轨迹，并实时生成相应的vr图像，传输至vr头显。学员通过vr头显可以看到自身的运动过程，完成整个增强现实模拟训练过程。

本发明提供的电网增强现实培训系统包括两个部分，分别为电力爬杆模拟装置和vr系统，电力爬杆模拟装置用于学员的爬杆技巧训练，vr系统在爬杆的过程中让学员沉浸在模拟现实中，以增强临场感，强化培训效果。下面将分别对电力爬杆模拟装置和vr系统进行说明。

如图1所示，为了更加贴近于现实，本发明提供的电力爬杆模拟装置还可以包括伺服电机系统40。所述伺服电机系统40设于底座50内部，所述底座50上方的顶板为活动顶板51，活动顶板51与所述伺服电机系统40连接。伺服电机系统40带动活动顶板51产生各种规律或不规律的运动，比如实现上下运动、左右移动以及活动顶板51的一侧倾斜等。所述模拟杆20与所述活动顶板51连接，在伺服电机系统40的驱动下，相应的实现模拟杆20的上下震动、左右晃动以及倒杆等情形，模拟学员爬杆时可能遇到的各种非常规体验。所述踏脚活动设置于所述模拟杆20上，用于学员攀登模拟杆20。

为了稳定地输出动力以及使模拟杆20产生更多的运动类型，所述模拟装置可以包括至少2个伺服电机系统40。优选地，模拟装置可以包括3个伺服电机系统40，分别在活动顶板51的左右两端以及中间部位各设置一个。

为了加强模拟杆20与活动顶板51之间的连接稳定性，可以在所述活动顶板51上固设加强板80，所述模拟杆20通过所述加强板80与所述活动顶板51连接。

为了增加模拟装置的现实模拟功能，模拟装置还可以包括风力模拟系统。在本发明的一个实施例中，所述风力模拟系统包括鼓风机和出风口60，所述出风口60设于所述模拟杆20上。鼓风机产生的风通过出风口60吹出，使学员在爬杆过程中承受一定的横向风力，锻炼学员在横风条件下爬杆的稳定性。其中，所述鼓风机的设置位置不做具体限定，可以设置于模拟杆20内部，也可以设置于模拟杆20外部，甚至是底座50内。

所述风力模拟系统可以包括至少2个出风口60。为了使学员在整个爬杆过程中都能体验到横风压力，优选地，所述多个出风口60可以沿所述模拟杆20的长度方向排列。

为了进一步增加模拟装置的现实模拟功能，模拟装置还可以包括坠落模拟系统。在本发明的一个实施例中，如图2所示，所述坠落模拟系统包括卷扬机70。所述卷扬机70设于模拟杆20内部，所述安全绳10的一端穿过所述模拟杆20的连接孔绕卷在所述卷扬机70上。学员在爬杆过程中，卷扬机70可以突然放出一段安全绳10，瞬间模拟安全绳10断裂、高空坠落的情形，锻炼学员的应对能力及技巧。在本发明的另一个实施例中，所述坠落模拟系统包括电磁装置，安全绳10的一端通过电磁装置与模拟杆20连接。正常状态下，电磁装置通电产生磁力使得安全绳10与模拟杆20稳定连接，在学员爬杆过程中，电磁装置断电磁力消失，瞬间模拟安全绳10断裂、高空坠落的情形。

如图3所示，vr系统包括vr头显101、运动追踪模块102和处理模块103，vr头显101、运动追踪模块102分别与处理模块103通信连接，连接方式本发明不做限制，可以通过有线或无线方式进行数据通信连接。

所述vr头显101用于将学员的对外界的视觉、听觉封闭，引导学员产生一种身在现实环境中的感觉。vr头显101可以为现有的各种头戴式增强现实显示设备，比如vr眼镜等。

具体地，所述运动追踪模块102包括高度传感器、加速度计、陀螺仪和磁力计。所述运动追踪模块102可以附着于学员的各主要关节部位，比如手腕、脚踝、膝关节等，以捕捉学员的各主要关节在三维空间中的方位。

具体地，所述处理模块103包括计算模块和vr图像模块。所述计算模块用于计算获取学员肢体三维空间方位的运动轨迹数据。计算模块可以将所述高度传感器、加速度计、陀螺仪和磁力计4个传感器的数据通过融合后，得到相应节点在三维空间的方位，再融入时间信息，获取运动轨迹数据。所述vr图像模块根据运动轨迹数据生成并输出vr图像。此外，所述处理模块103可以为装载有相关软件的智能移动设备，比如pad、智能手机、pc等。

为了进一步增强虚拟现实感，所述vr系统还可以包括数据手套。所述数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，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，为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。数据手套为现有技术，在vr系统中应用已较为普遍，其具体结构在此不作赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。