CN106128202A - 工种操作训练装置和方法 - Google Patents

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CN106128202A CN201610468124.1A CN201610468124A CN106128202A CN 106128202 A CN106128202 A CN 106128202A CN 201610468124 A CN201610468124 A CN 201610468124A CN 106128202 A CN106128202 A CN 106128202A
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Abstract

本发明涉及职业培训模拟训练领域，特别是一种工种操作训练装置和方法。其特征是：至少包括传感器、MCU、显示屏，所述传感器负责收集模拟操作产生的动作参数，所述MCU负责对所述动作参数进行处理，所述显示屏负责显示模拟操作的图像。本发明的有益效果是：基于智能手机中的传感器实现手工操作模拟练习。

Description

工种操作训练装置和方法
技术领域
本发明涉及职业培训模拟训练领域，特别是一种工种操作训练装置和方法。
背景技术
职业培训有很多是基于手工操作的训练，如电焊工、理发师、西式面点师等，学员要进行大量的练习，目前智能手机已普及，所以基于智能手机中的传感器实现手工操作模拟练习则可以随时随地进行练习。
发明内容
本发明的目的是提供一种工种操作训练装置和方法，本发明的技术方案是：
一种工种操作训练装置，其特征是：至少包括传感器、MCU、显示屏，所述传感器负责收集模拟操作产生的动作参数，所述MCU负责对所述动作参数进行处理，所述显示屏负责显示模拟操作的图像。
所述的一种工种操作训练装置，其特征是：传感器是加速度传感器，通过所述加速度传感器获得加速度矢量，进而计算出装置的移动即时速度、空间坐标。
所述的一种工种操作训练装置，其特征是：传感器是摄像头，通过所述摄像头获取参照物距离、或装置和参照物之间的角度，或装置和参照物之间的位移量及移动速度。
所述的一种工种操作训练装置，其特征是：传感器包括水平传感器、方向传感器，所述水平传感器获取装置和水平面夹角，所述方向传感器获取装置的方向角。
所述的一种工种操作训练装置，其特征是：装置是智能手机。
所述的一种工种操作训练装置，其特征是：应用于模拟空间操作。
所述的一种工种操作训练装置，其特征是：应用于模拟电焊操作、或模拟理发操作、或模拟蛋糕制作操作，或模拟汽车驾驶操作、或模拟工程机械操作。
一种工种操作训练的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)获取传感器初始化数值矢量X0；
(2)获取传感器即时数值矢量Xi；
(3)进行装置姿态计算：矢量S=矢量Xi-矢量Xi-1；
(4)进行装置偏离度计算：ΔS=矢量S-标准Si，Si为专家库中标准Si集合；
(5)判断：ΔS＜阀值，则在图像库中提取正确图像，合成图像，或播放视频；
(6)判断：ΔS≥阀值，则在图像库中提取错误图像，合成图像，或播放视频，并报警；
(7)将合成图像在显示屏上显示，或播放视频。
或：
一种工种操作训练的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)获取传感器初始化数值矢量X0；
(2)获取传感器即时数值矢量Xi；
(3)计算装置空间坐标（X，Y，Z）及装置平面的法线指向角度α，装置坐标函数（X，Y，Z）=F（矢量Xi，t），F为运动轨迹函数，t为时间；
(4)进行仿真计算：单元图像像素坐标（X，Y，Z）=F（矢量Xi，角度α，t），F为仿真函数，t为矢量Xi、角度α状态持续的时间；
(5) 由单元图像像素坐标（X，Y，Z）形成单元图像；
(6)由系列单元图像装配形成合成操作图像；
(7) 将合成图像在显示屏上显示。
进一步，所述的一种工种操作训练的方法，其特征还在于：步骤(2) 获取传感器即时数值为加速度a，步骤(3)中装置坐标函数：X=∫∫ax*(dt)2 ,Y=∫∫ay*(dt)2 , Z=∫∫az*(dt)2 ,定积分区间[0，t]。
一种模拟电焊操作的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取参照物距离；
(2)获取方向角度；
(3)获取水平倾角；
(4)获取加速度值矢量a；
(5)计算手机平面的法线和参照物平面的角度α；
(6) 从仿真函数库中获取仿真函数：单元图像像素坐标（X，Y，Z）=F（矢量a，角度α，t），F为仿真函数，t为矢量a、角度α状态持续的时间；
(7)根据仿真函数计算模型形状；
(8)形成单元图像；
(9)由单元图像装配合成操作图像；
(10)将合成图像在显示屏上显示。
进一步，所述的一种模拟电焊操作的方法，其特征在于：步骤（6）中的仿真函数构建方法建立在焊接热过程Rosenthal-Rykalin理论公式上。
再进一步，所述的一种模拟电焊操作的方法，其特征在于：在电焊操作中，步骤（6）中的仿真函数为：x1=Fx（α1，t），x2= -Fx（(180-α1)，t）；y1= Fy（α2，t），y2=- Fy（(180-α2),t）；z=-Fz(t)；α1为焊条和焊缝的夹角，α2为焊条和焊缝垂直线的夹角，t为此状态持续时间；
再进一步，所述的一种模拟电焊操作的方法，其特征在于：仿真函数简化为线性算法，x1=β*(L/2)*(α1/90)*t, x2=-β*(L/2)*((180-α1)/90)*t；y1=β*(L/2)*(α2/90)*t, y2=-β*(L/2)*((180-α2)/90)*t；z=β*H*t；L= x1- x2，B=y1-y2，L为熔池长度，B为熔池宽度，H为熔池深度，β为系数。
所述方法应用于模拟空间操作。
所述方法应用于模拟电焊操作、或模拟理发操作、或模拟蛋糕制作操作、或模拟汽车驾驶操作、或模拟工程机械操作。
本发明的有益效果是：基于智能手机中的传感器实现手工操作模拟练习，如电焊工（包括电弧焊、埋弧焊、气焊、气割、钎焊）、理发师、西式面点师、模拟汽车驾驶操作、模拟工程机械（如挖掘机）操作等。
附图说明
图1为本发明装置配置图。
图2为摄像头获取手机相对于参照物移动位移量的步骤方法。
图3为方格法摄像头获取位移的示意图。
图4为方格法摄像头获取前后角度的示意图。
图5为方格法摄像头获取左右角度的示意图。
图6本发明基于专家库的模拟操作流程。
图7为本发明基于仿真函数的模拟操作流程。
图8为图7所示基于仿真函数的模拟操作流程进一步细化流程。
图9为电焊熔池仿真建模模型。
图10为模拟电焊操作示意图。
图11为标准焊缝示意图。
图12为不良焊缝示意图。
图13为图6所示基于专家库的模拟操作流程之模拟标准视频电焊操作方案。
图14为图图13所示方案的手机界面图。
图15为本发明基于仿真函数的电焊模拟操作流程图。
图16为本发明模拟理发操作示意图。
图17为本发明模拟蛋糕制作操作示意图.
图18为本发明模拟空间操作的示意图（配置脚踏硬件）。
图19为本发明模拟空间操作的示意图（手机模拟脚踏）。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
由于目前的智能手机均包括本发明要求的传感器配置，所以用手机进行描述，装置即手机。
本发明所述工种操作指通过手、脚、体形完成的人体操作。
电焊工操作包括电弧焊、埋弧焊、气焊、气割、钎焊等。
图1为本发明装置配置图，装置包括：101壳体；102摄像头，连接于MCU；103距离传感器，连接于MCU；104加速度传感器，连接于MCU；105方向传感器，连接于MCU；106水平传感器，连接于MCU；107显示屏，连接于MCU；108备用开关，连接于MCU，用于功能控制；109MCU微控制单元，用于装置的系统控制及输出；110扬声器，用于音频输出；111振动马达，即马达上连接偏心轮，用于振动输出；112网络通信模块，包括WiFi通信模块和手机通信模块；113照明灯，用于照明、闪光，连接于MCU；114参照物。特别指出，现有智能手机配置拥有本发明硬件配置，即现有智能手机应用到职业培训模拟训练领域，实现意想不到的效果，智能手机中至少包括：摄像头、距离红外传感器、陀螺仪、磁性霍尔器件、MUC、网络通信模块等，手机边框按键可以通过软件定义为108备用开关，用于实际操作控制。
参照图1：
（1）102摄像头，获取参照物图像或距离，根据高斯成像公式1/f=1/u+1/v可以获取参照物距离u=f*v/(v-f)，其中f为焦距，u为物距，v为像距。另外，摄像头可以获取装置沿参照物移动的速度和距离。
（2）103距离传感器，采用红外测距。
（3）104加速度传感器，获取加速度矢量a，由加速度矢量a可以获取手机在时间t时刻的空间位置，函数关系为：手机坐标（X，Y，Z）=F（矢量a，t），进一步三维分量为：X= F（ax，t）, Y= F（ay，t）, Z= F（az，t）,ax为矢量a在X方向的分量，ay为矢量a在Y方向的分量，az为矢量a在Z方向的分量，手机坐标函数：X=∫∫ax*(dt)2 ,Y=∫∫ay*(dt)2 , Z=∫∫az*(dt)2 ,定积分区间[0，t]，由手机坐标函数可以获得手机空间位置、手机相对于参照物的角度 。
（4）105方向传感器，采用磁性霍尔器件，可以获取南北方向角度。
（5）106水平传感器，获取二维水平倾角。
实施例方案组合：
一、装置包括摄像头，由摄像头获取手机和参照物之间的距离u、角度α、移动速度v，所述参数（u、α、v）由MUC处理获得单元图像，并由时间t积累获得合成图像在显示屏上显示，仿真函数为F（u，α，v，t）。
二、装置包括加速度传感器，由加速度传感器获取手机的即时加速度a，所述加速度矢量由MUC处理获得单元图像，并由时间t积累获得合成图像在显示屏上显示，仿真函数为F（a，t）。
三、装置包括水平传感器、方向传感器、距离传感器，由水平传感器获取手机的水平倾角α，由方向传感器获取手机的南北方向角度β，由距离传感器获取手机和参照物之间的距离u，所述参数（α、β、u）由MUC处理获得单元图像，并由时间t积累获得合成图像在显示屏上显示，仿真函数为F（α、β、u，t）。
四、装置包括水平传感器、方向传感器、摄像头，由水平传感器获取手机的水平倾角α，由方向传感器获取手机的南北方向角度β，由距离摄像头取手机和参照物之间的距离u，所述参数（α、β、u）由MUC处理获得单元图像，并由时间t积累获得合成图像在显示屏上显示，仿真函数为F（α、β、u，t）。
另外上述组合还可以交叉、重复，用于减少误差，或实际需求增减。
图2为摄像头获取手机相对于参照物移动位移量的步骤方法，201摄像头对参照物聚焦；202获取图像帧1；203计算图像帧1的特征点，包括对图像帧1的二值化、滤波处理；204获取图像帧2；205计算图像帧2的特征点，包括对图像帧1的二值化、滤波处理；206计算特征点的位移量；207位移量输出。
参照图3、图4、图5披露一种采用摄像头拍摄方格获取位移及倾角的方法，即方格法。图3为方格法摄像头获取位移的示意图，图4为方格法摄像头获取前后角度的示意图，图5为方格法摄像头获取左右角度的示意图，图3中，301方格图像，302为摄像头成像器件中设置的虚拟方格，303为叠加图像，如果摄像头沿X方向移动则产生Δx的位移，如果摄像头沿Y方向移动则产生Δy的位移；图4中，401为方格后倾斜图像，402为叠加图像，摄像头可以获取后倾斜角度α，403为方格前倾斜图像，404为叠加图像，摄像头可以获取前倾斜角度α；图5中，501为方格右倾斜图像，502为叠加图像，摄像头可以获取右倾斜角度α，503为方格左倾斜图像，504为叠加图像，摄像头可以获取左倾斜角度α；由此，一种采用摄像头拍摄方格获取位移及倾角的方法，其步骤为：（1）摄像头摄像获取方格图像；（2）设置虚拟方格；（3）将摄像头获取的方格图像和虚拟方格叠加比较，如果发生移动，则获得和X方向或Y方向的位移值，如果发生倾斜，则根据方格图像变形获得前后或左右的倾斜角度。
图6本发明基于专家库的模拟操作流程，包括手机端和服务器端：
手机端步骤为：601获取传感器初始化数值矢量X0；602获取传感器即时数值矢量Xi；603进行装置姿态计算：矢量S=矢量Xi-矢量Xi-1；604进行装置偏离度计算：ΔS=矢量S-标准Si，Si为专家库中标准Si集合；605判断；606判断结果ΔS＜阀值，则在图像库中提取正确图像，合成图像，位移量来源于图2所示方法或图3、4、5所示方格法；607判断结果ΔS≥阀值，则在图像库中提取错误图像（比如电焊中的气孔,夹渣,未焊透,咬边,弧坑等焊接缺陷），合成图像，并进行错误报警，位移量来源于图2所示方法或图3、4、5所示方格法；609将合成图像在显示屏上显示。
进一步，获取的Xi值采用样本均方差（样本方差）处理，样本中各数据与样本平均数的差的平方和的平均数作为样本方差，由样本方差衡量一个样本波动大小的量，即样本方差越大，样本数据的波动就越大，表示为D=E{[X-E(X)]^2}来度量随机变量X与其均值E(X)的偏离程度，称为X的方差，D开根号为均方差：
平均数：
（n表示这组数据个数，x1、x2、x3……xn表示这组数据具体数值）
方差公式：
服务器包括：用户设置模块，用于用户选择模拟操作类型及参数；专家库包括标准姿态库，如音视频、动画等；评分模块用于对模拟操作的正确与失误进行评分。当然所述服务器端数据也可以直接位于手机端。
图7为本发明基于仿真函数的模拟操作流程，包括手机端和服务器端：
手机端步骤为：701获取传感器初始化数值矢量X0；702获取传感器即时数值矢量Xi；703计算手机空间坐标及法向角度α，即手机的空间位置及位置指向，手机坐标函数（X，Y，Z）=F（矢量Xi，t），F为轨迹函数，t为时间，进一步，如果采用加速度传感器获取手机运动加速度值a，则手机坐标函数：X=∫∫ax*(dt)2 ,Y=∫∫ay*(dt)2 , Z=∫∫az*(dt)2 ,定积分区间[0，t]，由手机坐标函数可以获得手机空间位置、手机相对于参照物的角度 ；704仿真函数获取，手机内置或从服务器端获取，单元图像像素坐标（X，Y，Z）=F（矢量Xi，角度α，t），F为仿真函数，t为矢量Xi、角度α状态持续的时间；705计算模型形状，由仿真函数建模计算；706形成单元图像；707合成操作图像，位移量来源于图2所示方法或图3、4、5所示方格法；708图像显示。
服务器包括：用户设置模块，用于用户选择模拟操作类型及参数；仿真函数库；评分模块用于对模拟操作的正确与失误进行评分。当然所述服务器端数据也可以直接位于手机端。
图8为图7所示基于仿真函数的模拟操作流程进一步细化流程，包括步骤：801获取参照物距离，如摄像头获取u=f*v/(v-f)，其中f为焦距，u为物距，v为像距；802获取方向角度β；803获取水平倾角γ（二维角度）；804获取加速度值a，805计算手机平面的法线和参照物平面的角度α，可以由方向角度β和水平倾角γ求出；806仿真函数：F（β，γ，a，t），手机内置或从服务器端获取；807计算模型形状，由仿真函数建模计算；808形成单元图像；809合成操作图像，位移量来源于图2所示方法或图3、4、5所示方格法；810图像显示。
服务器包括：用户设置模块，用于用户选择模拟操作类型及参数；仿真函数库；评分模块用于对模拟操作的正确与失误进行评分。当然所述服务器端数据也可以直接位于手机端。
图9为电焊熔池仿真建模模型，L为熔池长度，B为熔池宽度，H为熔池深度，仿真函数表达为：x1=Fx（α1，t），x2= -Fx（(180-α1)，t）；y1= Fy（α2，t），y2=- Fy（(180-α2), t）；z=-Fz(t)；L= x1- x2，B=y1-y2，α1为焊条和焊缝的夹角，α2为焊条和焊缝垂直线的夹角，t为此状态持续时间；再进一步，简化为线性算法，x1=β*(L/2)*(α1/90)*t, x2=-β*(L/2)*((180-α1)/90)*t；y1=β*(L/2)*(α2/90)*t, y2=-β*(L/2)*((180-α2)/90)*t；z=β*H*t；β为系数。
图10为模拟电焊操作示意图，1001手机，1002手机平面的法线，1003焊条，1004电弧，1005熔池，1006焊缝，1007工件，α1为焊条和焊缝的夹角，α2为焊条和焊缝垂直线的夹角。
图11为标准焊缝示意图，图中熔池之间的距离d保持一致。
图12为不良焊缝示意图，1201为标准焊缝，1202为熔池过大的焊缝，1203为熔池过小的焊缝。
电焊模拟操作实施方案一：参见图13及图14，图13操作流程为：1301获取加速度a，1302判断加速度a的大小，真实电焊的引弧可以采用敲击法，本发明由加速度传感器获得一加速度突变值确定引弧是否成功，设置一加速度阀值，如果手机加速度大于阀值则引弧成功，否则引弧失败；1303开始播放视频，标准视频来自服务器；1304获取水平倾角，水平传感器获取二维水平倾角；1305计算模拟焊条和工件的角度α1和α2，α1为焊条和焊缝的夹角，α2为焊条和焊缝垂直线的夹角；1306计算△α1=α1-α1标准，α1标准来自服务器给定，α1标准为70度~80度；1307计算△α2=α2-α2标准，α2标准来自服务器给定，α2标准为70度~90度；1308获取手机相对于参照物移动速度v，由位移量除以时间获得，位移量来源于图2所示方法或图3、4、5所示方格法，或，v=∫a*dt获得，a为手机的加速度，由加速度传感器获得；1309计算△v=v-v标准，v标准来自服务器给定；1310判断，如果Δα1≥阀值，报警提示；1311判断，如果Δα2≥阀值，报警提示；1312判断，如果Δv≥阀值，报警提示； 1313操作评判。
服务器包括：用户设置模块，用于用户选择模拟操作的参数；如工件型号（如Q235低碳钢板）、板厚（如3～6mm）、焊接形式（如I形坡口对接平焊）、焊条牌号（如J422,直径为3.2～4 mm）、焊接电流（如200A）、电焊机型号（如ZXG-400）等、标准视频为对应视频录像，评分模块用于对模拟操作的正确与失误进行评分（如焊缝余高、焊缝余高差、焊缝宽度差、焊缝宽度、深度）。当然所述服务器端数据也可以直接位于手机端。
图14为图图13所示方案的手机界面图，在显示屏107中显示正在操作的标准视频1403，设置1401进度条模拟电焊运条，1402为焊点模拟指示，包括指示移动方向、焊接移动速度、停留时间、焊条角度。
另外，手机扬声器可以模拟输出音频声响，内置振动马达输出反馈手感，照明灯模拟电弧闪光。
电焊模拟操作实施方案二：图15为本发明基于仿真函数的电焊模拟操作流程图，1501获取参照物距离，如摄像头获取u=f*v/(v-f)，其中f为焦距，u为物距，v为像距，并模拟真实焊条和工件的距离，一般为2~4mm；1502引弧，可以采用敲击法，由加速度传感器获得一加速度突变值确定；1503获取方向角度；1504获取水平倾角，水平传感器获取二维水平倾角；1505计算模拟焊条和工件的角度α1和α2，α1为焊条和焊缝的夹角，α2为焊条和焊缝垂直线的夹角，参见图10；1506仿真函数，参照图9，x1=Fx（α1，t），x2= -Fx（(180-α1)，t）；y1= Fy（α2，t），y2=- Fy（(180-α2), t）；z=-Fz(t)；L= x1- x2，B=y1-y2，α1为焊条和焊缝的夹角，α2为焊条和焊缝垂直线的夹角，t为此状态持续时间；再进一步，简化为线性算法，x1=β*(L/2)*(α1/90)*t, x2=-β*(L/2)*((180-α1)/90)*t；y1=β*(L/2)*(α2/90)*t, y2=-β*(L/2)*((180-α2)/90)*t；z=β*H*t；β为系数；1507计算x1、x2、y1、y2、z；1508形成熔池图像，如图9的形式；1509合成焊缝图像，如图11标准焊缝，图12有缺陷焊缝，位移量来源于图2所示方法或图3、4、5所示方格法，或，v=∫a*dt获得，a为手机的加速度，由加速度传感器获得；1510图像显示。
服务器包括：用户设置模块，用于用户选择模拟操作的参数；如工件型号（如Q235低碳钢板）、板厚（如3～6mm）、焊接形式（如I形坡口对接平焊）、焊条牌号（如J422,直径为3.2～4 mm）、焊接电流（如200A）、电焊机型号（如ZXG-400）等；仿真函数库包含各种形式及材料的焊接仿真函数模型，仿真函数构建方法可以建立在焊接热过程的经典理论Rosenthal-Rykalin公式上；评分模块用于对模拟操作的正确与失误进行评分（如焊缝余高、焊缝余高差、焊缝宽度差、焊缝宽度、深度）。当然所述服务器端数据也可以直接位于手机端。
另外，手机扬声器可以模拟输出音频声响，内置振动马达输出反馈手感，照明灯模拟电弧闪光。
理发模拟操作实施方案：图16为本发明模拟理发操作示意图，1601为手机；1602为手机摄像头，获取参照物的距离，如摄像头获取u=f*v/(v-f)，其中f为焦距，u为物距，v为像距，1603为虚拟剪刀，1604为参照物，具体操作流程分两种：
一、如图6所示基于专家库的模拟操作流程。
二、如图7和图8所示基于仿真函数的模拟操作流程。
蛋糕制作模拟操作实施方案：图17为本发明模拟蛋糕制作操作示意图，1701为手机；1702为手机摄像头，获取参照物的距离，如摄像头获取u=f*v/(v-f)，其中f为焦距，u为物距，v为像距，1703为虚拟出料口，1704为参照物，具体操作流程分两种：
一、如图6所示基于专家库的模拟操作流程。
二、如图7和图8所示基于仿真函数的模拟操作流程。
图18为本发明模拟空间操作的示意图（配置脚踏硬件），如模拟汽车驾驶操作、或模拟工程机械操作等。1801为手机，1802为空间操作架，空间操作架可以在三维空间自由运动或转动，可以模拟操纵杆、方向盘等，手机1801置于空间操作杆1802上，1803为显示装置，如电视机等，配置有网络通信模块，用于模拟操作显示，1804为VR显示装置，配置有网络通信模块，用于模拟操作显示，1805为踏板架，用于模拟脚踏操作，踏板架上连有弹簧1806用于弹性控制，1807为变阻器，变阻器的变阻臂连接于踏板架1805以便接受踏板的变化位移，变阻器1807将踏板变化量转化为电信号，电信号通过处理（A\D转化）由网络通信模块发送至手机1801。
具体操作流程分两种：
一、如图6所示基于专家库的模拟操作流程。
二、如图7和图8所示基于仿真函数的模拟操作流程。
图19为本发明模拟空间操作的示意图（手机模拟脚踏），1801为手机，1802为空间操作架，空间操作架可以在三维空间自由运动或转动，可以模拟操纵杆、方向盘等，手机1801置于空间操作杆1802上，1803为显示装置，如电视机等，配置有网络通信模块，用于模拟操作显示，1804为VR显示装置，配置有网络通信模块，用于模拟操作显示，1805为踏板架，用于模拟脚踏操作，踏板架上连有弹簧1806用于弹性控制，1901为另一手机，1901手机置于踏板架1805上，1901手机利用自身携带的传感器将踏板操作量发送至手机1801。
具体操作流程分两种：
一、如图6所示基于专家库的模拟操作流程。
二、如图7和图8所示基于仿真函数的模拟操作流程。
另外，手机扬声器可以模拟输出音频声响，内置振动马达输出反馈手感（如汽车方向盘路感振动、脚踏ABS反馈振动），照明灯模拟信号灯。

Claims (10)

1.一种工种操作训练装置，其特征是：至少包括传感器、MCU、显示屏，所述传感器负责收集模拟操作产生的动作参数，所述MCU负责对所述动作参数进行处理，所述显示屏负责显示模拟操作的图像。
2.根据权利要求1所述的一种工种操作训练装置，其特征是：传感器是加速度传感器，通过所述加速度传感器获得加速度矢量，进而计算出装置的移动即时速度、空间坐标。
3.根据权利要求1或2所述的一种工种操作训练装置，其特征是：传感器是摄像头，通过所述摄像头获取参照物距离、或装置和参照物之间的角度，或装置和参照物之间的位移量及移动速度。
4.根据权利要求1或2所述的一种工种操作训练装置，其特征是：传感器包括水平传感器、方向传感器，所述水平传感器获取装置和水平面夹角，所述方向传感器获取装置的方向角。
5.一种工种操作训练的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)获取传感器初始化数值矢量X0；
(2)获取传感器即时数值矢量Xi；
(3)进行装置姿态计算：矢量S=矢量Xi-矢量Xi-1；
(4)进行装置偏离度计算：ΔS=矢量S-标准Si，Si为专家库中标准Si集合；
(5)判断：ΔS＜阀值，则在图像库中提取正确图像，合成图像，或播放视频；
(6)判断：ΔS≥阀值，则在图像库中提取错误图像，合成图像，或播放视频，并报警；
(7)将合成图像在显示屏上显示，或播放视频。
6.一种工种操作训练的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)获取传感器初始化数值矢量X0；
(2)获取传感器即时数值矢量Xi；
(3)计算装置空间坐标（X，Y，Z）及装置平面的法线指向角度α，装置坐标函数（X，Y，Z）=F（矢量Xi，t），F为运动轨迹函数，t为时间；
(4)进行仿真计算：单元图像像素坐标（X，Y，Z）=F（矢量Xi，角度α，t），F为仿真函数，t为矢量Xi、角度α状态持续的时间；
(5) 由单元图像像素坐标（X，Y，Z）形成单元图像；
(6)由系列单元图像装配形成合成操作图像；
(7) 将合成图像在显示屏上显示。
7.根据权利要求6所述的一种工种操作训练的方法，其特征在于：步骤(2) 获取传感器即时数值为加速度a，步骤(3)中装置坐标函数：X=∫∫ax*(dt)2 ,Y=∫∫ay*(dt)2 , Z=∫∫az*(dt)2 ,定积分区间[0，t]。
8.一种工种操作训练的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）获取参照物距离；
（2）获取方向角度；
（3）获取水平倾角；
（4）获取加速度值矢量a；
（5）计算装置平面的法线和参照物平面的角度α；
（6）从仿真函数库中获取仿真函数：单元图像像素坐标（X，Y，Z）=F（矢量a，角度α，t），F为仿真函数，t为矢量a、角度α状态持续的时间；
（7）根据仿真函数计算模型形状；
（8）形成单元图像；
（9）由单元图像装配合成操作图像；
（10）将合成图像在显示屏上显示。
9.根据权利要求8所述的一种工种操作训练的方法，其特征在于：步骤（6）中的仿真函数构建方法建立在焊接热过程Rosenthal-Rykalin理论公式上。
10.根据权利要求9所述的一种工种操作训练的方法，其特征在于：在电焊操作中，步骤（6）中的仿真函数为：x1=Fx（α1，t），x2= -Fx（(180-α1)，t）；y1= Fy（α2，t），y2=- Fy（(180-α2), t）；z=-Fz(t)；α1为焊条和焊缝的夹角，α2为焊条和焊缝垂直线的夹角，t为此状态持续时间。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1193729A (zh) * 1997-01-17 1998-09-23 松下电工株式会社 位置检测系统和方法
CN1741726A (zh) * 2004-08-23 2006-03-01 富士机械制造株式会社 器件数据作成方法及器件数据作成装置
US20120189993A1 (en) * 2009-07-10 2012-07-26 Lincoln Global, Inc. Virtual welding system
CN103996322A (zh) * 2014-05-21 2014-08-20 武汉湾流新技术有限公司 一种基于增强现实的焊接操作训练模拟方法及系统
US20150154884A1 (en) * 2013-12-03 2015-06-04 Illinois Tool Works Inc. Systems and methods for a weld training system
CN105138797A (zh) * 2015-09-17 2015-12-09 西安交通大学 垂直管道焊接熔池及焊缝的模拟方法
CN105405333A (zh) * 2015-12-08 2016-03-16 中国人民解放军空军空降兵学院 跳伞离机模拟训练系统及其模拟离机训练方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1193729A (zh) * 1997-01-17 1998-09-23 松下电工株式会社 位置检测系统和方法
CN1741726A (zh) * 2004-08-23 2006-03-01 富士机械制造株式会社 器件数据作成方法及器件数据作成装置
US20120189993A1 (en) * 2009-07-10 2012-07-26 Lincoln Global, Inc. Virtual welding system
US20150154884A1 (en) * 2013-12-03 2015-06-04 Illinois Tool Works Inc. Systems and methods for a weld training system
CN103996322A (zh) * 2014-05-21 2014-08-20 武汉湾流新技术有限公司 一种基于增强现实的焊接操作训练模拟方法及系统
CN105138797A (zh) * 2015-09-17 2015-12-09 西安交通大学 垂直管道焊接熔池及焊缝的模拟方法
CN105405333A (zh) * 2015-12-08 2016-03-16 中国人民解放军空军空降兵学院 跳伞离机模拟训练系统及其模拟离机训练方法

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