CN102652328B - 包括控制器的模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟器。该模拟器包括控制器，该控制器包括陀螺仪、磁力计和加速计。该控制器由两个可旋转地连接的部分形成，且包括用于测量两部分之间的相对角度的弯曲度传感器。

Description

包括控制器的模拟器

技术领域

本发明涉及一种包括控制器的模拟器。更具体但不排它地，本发明涉及用于训练手工工人的模拟器。

背景技术

传统上，诸如水管工之类的手工工人作为学徒学习他们的职业技能。学徒通过尝试复制他们师傅的工作来学习各种必要技能。学徒制提供一种集中式个人训练经历。然而，由于师傅的时间分散在多个学员上，因此这种训练形式不能扩大规模。此外，至少在训练的早期阶段，学徒会犯错误，这会使雇主的花费增加，并且会妨碍他/她在将来雇佣学徒。

为了尝试缩短学徒制最初的花费大的阶段，开发出了职业训练课程，从而给予学员作为手工工人开始工作所需的初始经历。然而，由于学员在早期阶段犯大量的错误，因此这些课程承受相当高的费用。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种控制器，包括：第一部分和第二部分，所述部分可旋转地连接；磁力计；陀螺仪；加速计；以及弯曲度传感器，其中所述弯曲度传感器被配置为测量所述第一部分与所述第二部分之间的相对角度。

所述弯曲度传感器可以是电位计或摩擦片。

所述控制器可以进一步包括马达，该马达用于抵抗所述第一部分与所述第二部分之间的相对角度的变化。所述马达可以被布置在所述第一部分的第一端且包括金属架，并且所述陀螺仪、所述加速计和所述磁力计可以被布置在所述第一部分的对端。

所述控制器可以进一步包括压力传感器。优选地，所述第一部分或所述第二部分包括槽，所述压力传感器被置于所述槽中。

附图说明

现在参考附图以示例方式描述本发明的实施例，附图中：

图1图示说明包括本发明实施例的控制器的模拟器，还示出计算机、安装在头部的显示器以及照相机单元以仅用于参考；

图2图示说明图1的控制器，示出处于平行位置的第一部分和第二部分；

图3图示说明图1的控制器，示出第一部分与第二部分之间的相对角度；

图4图示说明图1的控制器，示出处于基本上垂直的位置的第一部分和第二部分；

图5图示说明图1的控制器的内部部分，示出电位计、制动马达、变速箱和金属架；

图6图示说明图1的控制器的电位计、制动马达、变速箱和金属架；以及

图7图示说明图1的控制器的硬件。

具体实施方式

图1示出模拟器1的概图。模拟器1包括本发明实施例的控制器100。模拟器1还包括计算机200、照相机单元300和安装在头部的显示器400，以仅用于参考。为了进行描述，计算机200被配置为运行对诸如使用喷灯或弯曲管道之类的训练场景进行模拟的计算机程序。

计算机200从控制器100和照相机单元300接收数据。控制器100包括测量诸如加速度和方位之类的空间属性并测量用户输入的各种传感器。控制器100将来自传感器的数据输出到计算机200。照相机单元300包括用于图像获取的第一照相机310和红外第二照相机320。照相机单元300将图像数据输出到计算机200。

计算机200被配置为处理来自控制器100和照相机单元300的、作为计算机程序中的输入变量的数据。控制器100提供诸如加速度和方位之类的空间数据以及用户输入，并且照相机单元300提供图像，所提供的图像可以被处理用于控制器100的三维位置识别。因此，可以模拟训练场景的计算机程序能能给用户提供诸如使用喷灯或弯曲管道之类的现实技术的浸入式准确模拟。以下更详细的描述模拟器1的控制器100。

控制器

现在参考图2至图7描述控制器100。控制器100包括由第一部分110和第二部分120形成的外壳。第一部分110和第二部分120在一端可旋转地连接。第一部分110和第二部分120被配置为在如图2所示相对角度为零的平行位置与如图4所示相对角度约为90°的基本上垂直的位置之间旋转。在本实施例中，处于基本上垂直的位置的相对角度为95°。

第一部分110包括关闭按钮127，其位于第一部分110与第二部分120之间。关闭按钮127被配置为随着第一部分110与第二部分120之间的相对角度接近零(即接近平行位置)而压下。

控制器100在其上包括多个按钮，包括较小的通用按钮113a-c，较大的通用按钮111和拇指操作的操纵杆114。这些按钮允许用户向计算机程序输入基础命令，例如菜单导航。在本实施例中，第一部分110包括向用户显示状态和诊断信息的多个LED(未示出)。

第二部分120包括多个槽123a-d，用于容纳用户的手指。槽123a-d允许用户舒服地握持控制器100。此外，第二部分120包括置于槽123a-d内部的多个压力传感器125a-d。压力传感器125a-d被配置为通过与压力成比例地改变它们的阻抗来测量施加在其上的压力。压力传感器125a-d可以只在关闭按钮127压下时被触发，并且包括橡胶壳体来吸收振动。

在本实施例中(如图5和图6所示)，控制器包括制动马达131，用于抵抗第一部分110与第二部分120之间的相对角度的变化。因此，制动马达131被布置在第二部分120的、第二部分120被可旋转地连接至第一部分110的第一端。制动马达131允许模拟器例如在用户使管道弯曲时来复制对弯曲的阻力。

制动马达131与变速箱132相关联，用于改变对第一部分110与第二部分120之间的相对角度的变化的阻力。马达131和变速箱132被配置为使得对相对角度的变化的阻力与通过马达131的电阻抗成反比(即，将马达131短路，来为第一部分110与第二部分120之间的相对角度的变化提供最大的阻力)。马达131和变速箱132受微控制器控制。

制动马达131包括外部金属架133，其可附着到第二部分120的内部表面。在本实施例中，外部金属架133注射模制(injection moulded)到第二部分120的内部表面，这改善了马达131与第二部分120之间的力传输。

在本实施例中，控制器包括布置在第二部分120的对端(即，与第二部分120的第一端相对)内的多个传感器(在下面讨论)。因此，外部金属架133从第二部分120的第一端延伸预定距离，以使得传感器不被马达的金属架133覆盖。因此，穿过装置的任何电磁波都会被传感器探测到，而不会被马达的金属架133衰减。

控制器100还包括弯曲度传感器，用于测量第一部分110与第二部分120之间的相对角度。在本实施例中，弯曲度传感器为电位计134。弯曲度传感器输出第一部分110与第二部分120的相对位置的数据，所述数据可以由计算机程序使用来模拟管道的弯曲场景。

控制器100还包括振动发生器马达，其可以被触发以向用户提供物理通知。

控制器100还包括用于接收次级控制器的输入端。

图7是图示说明控制器100的外壳内部的硬件的框图。控制器100包括微控制器SOC150(包括下面描述的多个模块)；电池161，例如锂离子电池；电池管理模块162；以及电压调节器163。

电池管理模块162包括适于接收AC输入的电池充电器。充电器包括为控制器100供电同时独立地给电池161充电的动态电源路径管理(DPPM)。电池管理模块还包括保护和燃料测量电路。

电压调节器163给微控制器SOC 150上的模块、传感器以及下面详细描述的其它有源组件分配电力。

微控制器SOC 150包括通过系统总线连接的CPU 151、程序存储器152和执行存储器153。微控制器SOC 150还包括通过外围总线连接的GIPO 171、电源管理172、ADC 173、DAC174、UART 175、音频DAC输出176、I2C 177和USB 178模块。

GIPO模块171是数字IO，其被配置为从较小地和较大的通用按钮123a-c、111和操纵杆114接收数据。GIPO模块171还被配置为控制LED以向用户提供状态和诊断信息。

控制器100包括提供九级自由度追踪的加速计180、陀螺仪181和磁力计182。三个传感器180、181、182配备在一电路板上。该电路板被设计为从传感器180、181、182的读数中滤除噪声，以提供欧拉角或四元数作为与控制器100的方位有关的数据输出。三个传感器180、181、182通过I2C模块177连接到微控制器SOC 150，微控制器SOC 150对传感器180、181、182进行配置、初始化和校准。

压力传感器125a-d通过可编程增益放大器190和ADC模块173连接到微控制器SOC150。ADC模块173和可编程增益放大器190还将霍尔效应传感器191和电场成像传感器192连接到微控制器SOC 150。电场成像传感器192通过产生低频正弦波场而用于目标的非接触检测。电场成像传感器192通过正弦波场中的变化探测近似目标。类似地，霍尔效应传感器191测量近似磁场。

ADC模块173被配置为从可编程增益放大器190接收数据，将数据转换为数字信号并传送到CPU 151上用于计算。

微控制器SOC 150还包括马达驱动电路193，用于驱动诸如振动发生马达或动态制动马达之类的马达。马达驱动电路193受PWM模块172调制，PWM模块172可以被配置为不受CPU 151干预地运行。

微控制器SOC 150还包括用于与外部USB设备194连接的USB模块178，以及用于与诸如蓝牙(RTM)适配器之类的无线通信模块195交互以与计算机200通信的UART模块175。无线通信模块195是用于将从传感器和输入装置收集的数据发送给计算机200并用于接收反馈数据例如用以驱动动态制动马达的收发机。

微控制器SOC 150还包括音频DAC输出模块176，用于控制位于控制器100上的扬声器196。

本领域技术人员会理解，压力传感器不是必要技术特征。压力传感器是优选的，因为其允许对模拟器1的进一步的用户输入，以使得用户可以参与到特定的训练场景，例如使用喷灯。

本领域技术人员也会理解，控制器100不是必须在平行位置与垂直位置之间旋转。相反，控制器100可以在任意两个小于或大于90度的相对角度之间旋转。

在以上的实施例中，控制器100使用电位计来测量第一部分与第二部分之间的相对角度。本领域技术人员会理解，电位计仅是测量相对角度的一种方式，也可以使用其它示例。例如，可以使用摩擦片，或与马达相关联的位置编码器。进一步，动态制动马达仅是用于抵抗第一部分与第二部分之间的相对角度变化的装置的一种示例。例如，可以通过放置摩擦片并在它们之间施加压力来实现摩擦，或通过使用拧紧的弹簧系统来实现摩擦。

本领域技术人员还会理解，马达的金属架不一定要注射模制到第二部分120。例如，金属架可以用螺栓固定到第二部分120。

本领域技术人员会理解，可以对特征进行任意组合而不背离本发明所声明的范围。

Claims (15)

1.一种通过对包括使用喷灯或弯曲管道的训练场景进行模拟来训练手工工人的控制器，所述控制器包括：

第一部分和第二部分，所述部分被可旋转地连接；

磁力计；陀螺仪和加速计；以及

弯曲度传感器，其中所述弯曲度传感器被配置为测量所述第一部分与所述第二部分之间的相对角度，

所述控制器进一步包括用于抵抗所述第一部分与所述第二部分之间的相对角度的变化以用于对弯曲管道进行模拟的装置，所述装置被布置在所述第一部分或所述第二部分的、所述第一部分或所述第二部分被连接至另一个部分的第一端。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述弯曲度传感器为电位计。

3.根据权利要求1所述的控制器，其中所述弯曲度传感器为摩擦片。

4.根据前述权利要求中任一项所述的控制器，其中所述用于抵抗所述部分之间的相对角度的变化的装置为马达。

5.根据权利要求4所述的控制器，其中所述马达为制动马达。

6.根据权利要求4所述的控制器，其中所述马达与变速箱相关联，用于改变对所述第一部分与所述第二部分之间的相对角度的变化的阻力。

7.根据权利要求6所述的控制器，其中所述马达和所述变速箱被配置为使得所述阻力与通过所述马达的电阻抗成反比。

8.根据权利要求4所述的控制器，其中所述马达包括能附着到所述第二部分的内部部分的外部金属架。

9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述陀螺仪、所述加速计和所述磁力计被布置在所述第二部分的对端。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的控制器，其中所述用于抵抗所述第一部分与所述第二部分之间的相对角度的变化的装置包括摩擦片。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的控制器，其中所述用于抵抗所述第一部分与所述第二部分之间的相对角度的变化的装置为拧紧的弹簧系统。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器，进一步包括压力传感器。

13.根据权利要求12所述的控制器，其中所述第一部分或所述第二部分包括槽，所述压力传感器被置于所述槽中。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器，其中所述第一部分包括关闭按钮，所述关闭按钮位于所述第一部分与所述第二部分之间，并且所述关闭按钮被配置为随着所述第一部分与所述第二部分之间的相对角度接近零而压下。

15.一种根据权利要求1至3中任一项所述的控制器在用于训练手工工人的模拟器中的使用。