煤矿用全液压定向钻机模拟培训系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请属于计算机辅助教育技术领域，一种钻机模拟培训系统，尤其时涉及用于一种煤矿用全液压定向钻机模拟培训系统。
【背景技术】
[0002]虚拟现实(Virtual Reality，VR)是一项非常活跃的研宄与应用技术，近年来在医学、娱乐、军事训练、工业仿真等诸多方面应用广泛。特别是在一些重大特殊行业，如煤矿、石油、天然气、轨道交通、航空航天等领域。员工的培训涉及原理展示、操作培训、维修等专项培训等内容，传统的培训方式显然不适合高危行业的培训需求，且培训成本很大。
[0003]现实技术的引入使得虚拟培训成为现实。结合动作状态捕捉交互设备及3D立体显示技术，为培训者提供一个和真实环境完全一致的虚拟环境，通过人机交互设备和场景里所有物件进行交互，体验实时的物理反馈，进行多种设备的原理展示、虚拟拆装和虚拟操控，可以加速学员对产品知识的掌握，提高从业人员的实际操作能力，还大大降低了公司的教学、培训成本，改善培训环境。
[0004]通过全液压钻机虚拟钻机及工作场景开发，从钻机原理、结构、工作流程、场景钻机操控，以及钻机典型孔内故障处理等方面对用户进行全面、直观的培训，提高钻机操作培训效率和效果，减少培训和技术服务成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对上述传统的钻机培训问题，提供了一种煤矿用全液压定向钻机模拟培训系统及方法，该方法设计新颖合理，结构紧凑，实现方便，智能化程度高。钻机虚拟培训系统除可进行用户体验外，还具有培训矿用定向钻机机手的用途，以减少真机培训成本，降低真机培训风险。
[0006]本申请的发明人设计开发了一套钻机模拟操作与多媒体硬件平台，并在该平台上实现钻机操纵装置状态感应、传感器数据采集和处理、钻机状态显示等功能，主要包括模拟操纵装置、传感采集系统、计算机管理系统、多媒体呈现系统等几个部分。通过对现有钻机操纵装置改进，保持操作台外观，利用数字电路模拟油路参数，利用传感器检测操作手柄、调节手轮和钻机工作的状态，通过数据采集和处理，在多媒体系统上进行钻机结构展示、机械系统仿真、仿真操作等。计算机管理系统装有培训管理软件，培训人员能够在计算机管理系统上进行培训教育、仿真操作管理及场景设置等工作。
[0007]本发明的技术方案是:一种煤矿用全液压定向钻机模拟培训系统，包括硬件部分、软件两部分，其特征在于:硬件包括计算机、数据采集卡、显示设备、操控台。软件部分包括钻机教学模块、钻机虚拟操控模块、考试考核模块和系统管理模块组成。
[0008]所述的计算机负责对采集来的数据进行处理，完成数据接口工作并实现虚拟平台的显不;
[0009]所述的数据采集卡是一种能够采集多路开关量与模拟量的采集卡，用来采集操纵台发出的操控指令；
[0010]所述的操控台根据某一型号的煤矿用定向钻机的操控台仿制而成，具体动作实现与真实煤矿用定向钻机的操控台一致，有控制手柄、功能转化手柄、控制开关、调节旋钮。
[0011]所述的钻机教学模块由理论文档教学、多媒体动画演示、钻机虚拟拆装三部分组成，实现钻机的系统构成和工作原理的培训。
[0012]所述的理论文档教学，包括了产品的说明书、基本原理知识以及产品相关的PPT等资料，完成钻机理论知识的培训。
[0013]所述的多媒体动画演示，以动画形式完成煤矿用钻机系统构造和基本原理的讲解，通过动画更直观形象的掌握矿用钻机系统构造和基本原理。
[0014]所述的钻机虚拟拆装，通过点击鼠标对建立的钻机的模型进行拆卸和组装，进一步掌握钻机的构成和基本原理。
[0015]所述的钻机虚拟操控模块，包括规程操作和自由操作两部分，通过控制操控台上的按键和手柄，发送控制命令，实现虚拟钻机的相关动作，达到模拟真实钻机操作的目的。
[0016]规程操作主要按照矿用钻机的标准操作规程进行钻机的操作教学，包括正常状态下钻探施工的钻机模拟操作，以及发生钻探故障情况下的事故处理模拟操作。
[0017]自由操作主要用于操作人员根据自己的实际需求对钻机进行操作，操作不受流程限制，但虚拟钻机可根据操作情况产生相应的动作，并在发生错误操作时，进行实时报警并停止下步操作，直到操作人员纠正操作错误。
[0018]所述的事故处理模拟操作，通过观看事故动画和对事故钻机的操作，提高操作者对常见事故的认识和操作者对钻机常见事故的处理能力。
[0019]所述考试考核模块，包括基础理论考试和虚拟操作考试。基础理论考试以试卷答题的方式对受训人员的理论知识掌握情况进行考核；虚拟操作考试以实际操作的方式对受训人员的钻机操作能力进行考核。
[0020]所述系统管理模块，包括系统权限管理、人员信息管理和组织结构管理。系统权限管理可对登录人员身份划分为学生、教师及管理员，以方便教学管理；人员信息管理主要对登录人员的个人信息进行登记；组织结构管理主要根据实际组织结构，按部门、科室对登录人员进行划分。
[0021]一种煤矿用全液压定向钻机模拟培训的方法，其特征在于:利用数据采集、虚拟现实、通讯接口以及计算机技术通过数据采集卡采集控制台上操控器件(开关、手柄、旋钮)发出的操控指令，通过采集卡的通讯模块传输给计算机中的虚拟平台，完成对虚拟钻机的控制，实现钻机操控培训。利用虚拟现实技术、图形处理技术、计算机技术完成整体软件模块的制作。利用数据库技术向系统中添加钻机结构、原理的说明书、PPT和制作的钻机结构、原理及事故案例的动画，丰富培训内容。同时通过设置权限完成钻机培训记录的查询以及整个培训系统的管理。
[0022]根据本发明的实施例，提出了一种煤矿用全液压定向钻机模拟培训系统，其包括中央处理部分、数据采集部分、显示部分和控制部分，所述中央处理部分用于对数据采集部分所采集的数据进行处理，完成数据接口工作，并向所述显示部分提供虚拟平台显示数据；所述数据采集部分用于采集来自所述控制部分的多路开关量与多路模拟量、以及从控制部分发出的操控指令；所述显示部分用于虚拟界面显示，所述控制部分包括控制手柄、功能转化手柄、控制开关、调节旋钮。
[0023]本发明的有益效果
[0024]本发明提出一种煤矿用全液压定向钻机模拟培训系统，可以帮助煤矿用水平定向钻机操作人员提高其操作熟练程度，避免培训操作人员时对钻机造成损坏，且成本低、安全高效。本发明设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷。
【附图说明】
[0025]图1为根据本发明的实施例的煤矿用全液压定向钻机模拟培训系统的总体架构示意图；
[0026]图2为根据本发明的实施例的硬件部分框图；
[0027]图3是为根据本发明的实施例的操控台和操控器件前视图；
[0028]图4是为根据本发明的实施例的软件部分框图；
[0029]图5是为根据本发明的实施例的虚拟现实设计流程图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步具体说明，由此，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。
[0031]本领域的技术人员能够理解，尽管以下的说明涉及到有关本发明的实施例的很多技术细节，但这仅为用来说明本发明的原理的示例、而不意味着任何限制。本发明能够适用于不同于以下例举的技术细节之外的场合，只要它们不背离被发明的原理和精神即可。
[0032]另外，为了避免使本说明书的描述限于冗繁，在本说明书中的描述中，可能对可在现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等处理，这对于本领域的技术人员来说是可以理解的，并且这不会影响本说明书的公开充分性。
[0033]首先概述本发明的基本原理。
[0034]根据本发明的实施例，提供了一种煤矿用全液压定向钻机模拟培训系统及方法，其特征在于:系统硬件包括计算机、数据采集卡、显示设备和操纵台。
[0035]所述的计算机负责对采集来的数据进行处理，完成数据接口工作并实现虚拟平台的显示；所述的数据采集卡能够采集多路开关量与模拟量，用来采集操纵台发出的操控指令；所述的显示设备包含投影仪、电视机、液晶显示器，主要用于虚拟界面显示。
[0036]所述的操控台根据某一型号的煤矿用定向钻机的操控台仿制而成，具体动作实现与真实煤矿用定向钻机的操控台一致。配有控制手柄、功能转化手柄、控制开关、调节旋钮。
[0037]所述控制手柄有:上卸扣操作手柄、泥楽泵操作手柄、回转手柄和给进起拔手柄；功能转化手柄有:起下钻手柄、钻进手柄、夹转联动手