CN108806377A - 加油枪式手柄及基于所述手柄的加油站虚拟仿真培训系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加油枪式手柄及基于所述手柄的加油站虚拟仿真培训系统。其中，加油站虚拟仿真培训系统，包括加油枪式手柄、电脑主机、显示器和无线传输系统；加油枪式手柄包括手柄本体、电路控制板、方向操作摇杆、阀门开关模拟器、泵启停模拟器、压力感知装置和手柄开关。通过对上述各部件进行合理设计，使得加油枪式手柄能够通过电脑主机与加油站岗位操作虚拟仿真培训软件进行数据通讯，以角色扮演、交互操作、情景体验为主要形式，在近似真实的虚拟环境中，实现加油站加油、巡检、应急等岗位操作的单人及多人协作的虚拟仿真培训，达到提高企业员工安全技能、安全意识与安全习惯的目的。

Description

加油枪式手柄及基于所述手柄的加油站虚拟仿真培训系统

技术领域

本发明属于化工工程及计算机应用技术领域，具体涉及一种加油枪式手柄以及一种基于所述加油枪式手柄的加油站虚拟仿真培训系统。

背景技术

虚拟现实技术起源于20世纪80年代，本质上，它是一种先进的计算机用户接口技术，通过给用户同时提供诸如视、听、说、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。

加油站以成品油销售为主，由于油品等物质的物化性质，决定了在经营、储存、运输和使用过程中存在着易燃、易爆和设备腐蚀等危害，一旦发生事故将对企业、社会和环境造成严重后果。对历年来的事故统计发现，员工的不安全行为是造成事故的主要原因。

HSE培训是保障安全生产的关键要素之一，是提高员工安全意识的重要手段，是提升员工安全技能的重要方法，也是打造企业安全文化的重要举措。

传统的加油站HSE岗位操作培训主要有三种方式：

第一种：书本学习，即通过查阅文档、图纸等资料进行自主学习；

第二种：多媒体学习，即通过视频、PPT等方式进行学习；

第三种：现场实习，即在老员工的带领下在设备现场实地参观学习。

然而，上述三种培训方式在实际应用中存在如下问题：

第一种培训方式具有形式单一、脱离生产实践且学习时间较长等缺点；

第二种培训方式虽然形式上生动了许多，但同样存在着与生产实践脱离的缺点；

第三种培训方式一方面受讲解人员的个人能力与讲解水平的限制，另一方面也受多种危险因素的影响而不可能经常进行，上述特点决定了短期现场实习的培训效率不会很高，只有通过不断反复的长期实习才能真正达到理想的培训效果。

传统的培训模式可以用进场培训来形容，随着培训技术的不断发展，人们逐渐意识到这种培训方式存在一定的局限性，例如：职业培训效果是否良好主要依赖于教师的水平，培训过程没有明确统一的评价标准，针对性差，没有可重用性等。由此可见，传统的培训技术不但受时间、空间的限制，而且在人力、资源、经费、组织实施等方面都存在很大问题。尤其对于危险作业或不具备实验条件的高级培训，传统的培训方式更是难以实现。以加油站HSE岗位操作为例，传统的培训方式除存在上述问题外，还存在无法在岗位操作基础学习中真实体验操作流程中涉及的与实物密切关联的加油枪加油、开关阀门、启停泵等操作。总之，传统培训模式的局限性制约了人们所期望的培训质量和培训效率，满足不了现代社会的需求。在此背景下，以三维可视化技术、虚拟现实技术为基础的虚拟培训应运而生。虚拟培训是提升培训质量与效率、降低培训成本的重要手段，也是未来培训技术发展的趋势之一。

发明内容

本发明的目的在于提出一种加油枪式手柄，以便对加油、开关阀门和启停泵等岗位动作进行模拟。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

加油枪式手柄，包括手柄本体；所述手柄本体包括枪管、枪体和握柄；所述加油枪式手柄还包括：

电路控制板，设置于枪体内，用于处理并传输相应部件的操作信号；

方向操作摇杆，设置于枪体上部，用于对虚拟角色的行进方向进行控制；

阀门开关模拟器，设置于枪体左侧三角平面区域，用于模拟阀门开关操作的执行动作；

泵启停模拟器，设置于枪体右侧三角平面区域，用于模拟泵启停操作的执行动作；

压力感知装置，设置于握柄位置，用于感知握柄的按压状态；以及

手柄开关，设置于枪体下部，用于控制所述加油枪式手柄的开启和停止。

优选地，所述电路控制板上设有方向操作摇杆控制电路、阀门开启控制电路、泵启停控制电路、加油枪加油控制电路和手柄开关控制电路；

其中，方向操作摇杆控制电路、阀门开启控制电路、泵启停控制电路、加油枪加油控制电路分别用于接收方向操作摇杆、阀门开关模拟器、泵启停模拟器和压力感知装置的操作信息并对相应信息进行处理；手柄开关控制电路用于控制手柄开关的开启和停止。

优选地，所述方向操作摇杆包括触碰式按钮、密封胶圈和电位器；其中：

触碰式按钮与电位器连接，电位器与所述电路控制板连接；

触碰式按钮位于枪体外，用于与使用者的指部接触；

密封胶圈，用于隔离枪体内、外部之间的敞口区域；

电位器位于枪体内，用于感知触碰式按钮传递的方向信息并将信号传输至电路控制板上。

优选地，所述阀门开关模拟器包括闸阀、密封胶圈和步进电位器；其中：

闸阀与步进电位器连接，步进电位器与所述电路控制板连接；

闸阀位于枪体外侧；

密封胶圈，用于隔离枪体内、外部之间的敞口区域；

步进电位器位于枪体内，用于感知闸阀传递的开度信息并将信号传输至电路控制板上。

优选地，所述闸阀的外轮廓尺寸大于枪体左侧三角平面区域的内切同心圆尺寸。

优选地，所述泵启停模拟器包括启停键、密封胶圈、弹片和信号触板；其中：

启停键与信号触板连接，信号触板与所述电路控制板连接；

启停键位于枪体外，用于控制泵的开启和停止；

密封胶圈，用于隔离枪体内、外部之间的敞口区域；

弹片，用于将启停键由按下状态恢复至弹起状态；

信号触板位于枪体内，用于感知启停键的开启信息并将信号传输至电路控制板上。

优选地，所述启停键包括启动键和停止键，启动键和停止键在同一时间不能同时按下。

优选地，所述泵启停模拟器还包括两个按键指示灯，按键指示灯位于枪体外；在启动键或停止键按下时，相应的按键指示灯点亮。

优选地，所述压力感知装置和手柄开关分别与电路控制板连接。

此外，本发明还提出了一种加油站虚拟仿真培训系统，该培训系统以虚、实操作相结合的方式，实现加油站加油、巡检、应急等岗位操作的单人及多人协作的虚拟仿真培训，达到提高企业员工安全技能、安全意识与安全习惯的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

加油站虚拟仿真培训系统，包括：

加油枪式手柄，采用如上所述的加油枪式手柄；

电脑主机，安装有培训及考核评估软件，用于构建1:1的加油站三维数字化场景；

显示器，用于显示培训及考核评估软件操作界面及三维效果；

无线传输系统，用于连接加油枪式手柄与电脑主机并进行数据通讯。

本发明具有如下优点：

本发明中的加油枪式手柄集加油、开关阀门、启停泵等岗位操作动作于一体，通过电脑主机与加油站岗位操作虚拟仿真培训软件进行数据通讯，以角色扮演、交互操作、情景体验为主要形式，在近似真实的虚拟环境中，实现加油站加油、巡检、应急等岗位操作的单人及多人协作的虚拟仿真培训，达到提高企业员工安全技能、安全意识与安全习惯的目的。

附图说明

图1为本发明实施例1中加油枪式手柄的结构示意图(未示出阀门开关模拟器)；

图2为本发明实施例1中加油枪式手柄的左侧视图；

图3为本发明实施例1中加油枪式手柄的右侧视图；

图4为本发明实施例2中加油站虚拟仿真培训系统的结构框图；

图5为本发明实施例2中加油站虚拟仿真培训系统的工作流程示意图。

1-方向操作摇杆，2-阀门开关模拟器，3-泵启停模拟器，4-压力感知装置，5-手柄开关，6-枪管，7-枪体，8-握柄，9-加油枪式手柄、10-电脑主机、11-显示器，12-无线传输系统。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

结合图1至图3所示，加油枪式手柄，包括手柄本体、电路控制板、方向操作摇杆1、阀门开关模拟器2、泵启停模拟器3、压力感知装置4和手柄开关5。其中：

手柄本体可以采用自封加油枪的壳体结构，其包括枪管6、枪体7和握柄8。

电路控制板，设置于枪体7内，用于处理并传输相应部件的操作信号。

其中，上述的相应部件是指方向操作摇杆1、阀门开关模拟器2、泵启停模拟器3、压力感知装置4和手柄开关5等。

本实施例1中的电路控制板例如可以是基于单片机进行设计。

具体的，在电路控制板上设有方向操作摇杆控制电路、阀门开启控制电路、泵启停控制电路、加油枪加油控制电路和手柄开关控制电路；其中：

方向操作摇杆控制电路、阀门开启控制电路、泵启停控制电路、加油枪加油控制电路分别用于接收方向操作摇杆1、阀门开关模拟器2、泵启停模拟器3和压力感知装置4的操作信息并对相应信息进行处理；手柄开关控制电路用于控制手柄开关5的开启和停止。

此外，在电路控制板上还设有无线收发控制电路，便于与外部设备进行通讯连接。

方向操作摇杆1，设置于枪体7上部，用于对虚拟角色的行进方向进行控制。

具体的，方向操作摇杆1包括触碰式按钮、密封胶圈和电位器。其中：

触碰式按钮与电位器连接，电位器与所述电路控制板连接；

触碰式按钮位于枪体外，用于与使用者的指部接触；

密封胶圈，用于隔离枪体内、外部之间的敞口区域；

电位器位于枪体内，用于感知触碰式按钮传递的方向信息并将信号传输至电路控制板上。

在实际安装时，触碰式按钮例如可以设置在单手握持手柄时拇指容易触及的地方。

阀门开关模拟器2，设置于枪体左侧三角平面区域，用于模拟阀门开关操作的执行动作。

具体的，阀门开关模拟器2包括闸阀、密封胶圈和步进电位器。其中：

闸阀与步进电位器连接，步进电位器与所述电路控制板连接；

闸阀位于枪体外侧；

密封胶圈，用于隔离枪体内、外部之间的敞口区域；

步进电位器位于枪体内，用于感知闸阀传递的开度信息并将信号传输至电路控制板上。

在设计时，闸阀的外轮廓尺寸略大于枪体左侧三角平面区域的内切同心圆尺寸。

阀门开关模拟器2的大致工作过程如下：使用者右手握住枪体7，左手旋转闸阀至一定程度，步进电位器感知闸阀转动状态并将转动数值传递至电路控制板。

泵启停模拟器3，设置于枪体7右侧三角平面区域，用于模拟泵启停操作的执行动作。

具体的，泵启停模拟器3包括启停键、密封胶圈、弹片和信号触板。其中：

启停键与信号触板连接，信号触板与所述电路控制板连接；

启停键位于枪体外，用于控制泵的开启和停止；

密封胶圈，用于隔离枪体内、外部之间的敞口区域；

弹片，用于将启停键由按下状态恢复至弹起状态；

信号触板位于枪体内，用于感知启停键的开启信息并将信号传输至电路控制板上。

启停键包括启动键和停止键，启动键和停止键在同一时间不能同时按下。

此外，泵启停模拟器3还包括两个按键指示灯，分别对应于上述启动键和停止键，按键指示灯位于枪体外；在启动键或停止键按下时，相应的按键指示灯点亮。

泵启停模拟器3的大致工作过程为：使用者左手握住枪体7，右手按下启动键或停止键，信号触板感知按钮按下状态并将启停数值传递至电路控制板。

压力感知装置4，设置于握柄8位置，用于感知握柄8的按压状态。该压力感知装置4还与电路控制板连接，用于将感知到的信号输送至电路控制板上。

本实施例1中的压力感知装置4可以采用现有中已有的压力感知装置。

手柄开关5，设置于枪体7下部，用于控制所述加油枪式手柄的开启和停止。具体的，该手柄开关5与电路控制板连接并由所述电路控制板控制。

实施例2

本实施例2提出了一种加油站虚拟仿真培训系统，该培训系统以虚、实操作相结合的方式，实现加油站加油、巡检、应急等岗位操作的单人及多人协作的虚拟仿真培训，达到提高企业员工安全技能、安全意识与安全习惯的目的。

如图4所示，本实施例2中的加油站虚拟仿真培训系统，包括加油枪式手柄9、电脑主机10、显示器11和无线传输系统12。其中：

加油枪式手柄9为加油站虚拟仿真培训系统的交互设备，该加油枪式手柄9可以采用上述实施例1中的加油枪式手柄。

电脑主机10上安装有培训及考核评估软件，该培训及考核评估软件以虚拟现实及仿真、软件开发、三维可视化等技术为基础开发，以真实加油站为原型构建1:1的加油站三维数字化场景，以角色扮演、情景体验、交互操作等方式实现加油站日常巡检、加油、预案处置等岗位操作的虚拟仿真培训，培训过程及结果由系统自动记录并给出考核分数。

显示器11，用于显示培训及考核评估软件操作界面及三维效果；

无线传输系统12，用于连接加油枪式手柄与电脑主机并进行数据通讯，实现加油枪式手柄9操作与虚拟场景的同步执行。

本实施例2给出的加油站虚拟仿真培训系统具有如下优点：

1、以新型的、寓教于乐的教学方式，提高企业员工学习并掌握岗位操作流程的效率及效果。2、虚拟化场景的岗位课程全流程引导，为企业员工提供一种在近似真实的环境下开展虚拟仿真培训的应用平台。3、以半实物操作的方式，让企业员工体验加油枪、阀门开关、泵开关等日常工器具的真实操作感觉，增强岗位操作培训的真实度与临场感。

此外，本实施例2还给出了加油站虚拟仿真培训系统的工作流程，如图5所示：

1.完成部件连接并开机，进入培训及考核评估软件界面，系统提示用户进行功能选择；功能选择分为学习、考核和查询三个发面：

a当用户选择学习功能，则参训者以单人操作的方式，通过扮演全部角色对相关培训课程的全部操作步骤进行认知性培训。

在操作过程中，参训者必须正确执行每一个步骤方可进入下一个步操作，系统提供帮助功能，辅助参训者正确执行每一个操作步骤。操作结束后，系统不对参训者进行考核评估，仅对本次培训是否完成进行判断，完成认知培训的课时信息将作为培训数据进行记录。

b当用户选择考核功能，则参训者以单人或多人操作的方式，通过扮演不同角色对相关培训课程的部分操作步骤进行培训考核。

在单人操作模式下，参训者需选定某一特定角色且仅执行该角色所对应的操作步骤，其他角色的操作步骤由系统自动执行并反馈。

在多人操作模式下，不同参训者使用不同终端进入相同培训场景，每一名参训者需选定某一特定角色且仅执行该角色所对应的操作步骤，角色之间相互配合共同完成全部操作步骤。操作结束后，系统将对所有参训人员的操作过程及结果进行记录并给出考核分数。

c当用户选择查询功能，系统从成绩库中调取相关信息，用户可以对个人考核记录及考核成绩进行浏览，也可以对参与过考核的所有人员的统计信息进行查看。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (10)

1.加油枪式手柄，包括手柄本体；所述手柄本体包括枪管、枪体和握柄；其特征在于，所述加油枪式手柄还包括：

电路控制板，设置于枪体内，用于处理并传输相应部件的操作信号；

方向操作摇杆，设置于枪体上部，用于对虚拟角色的行进方向进行控制；

阀门开关模拟器，设置于枪体左侧三角平面区域，用于模拟阀门开关操作的执行动作；

泵启停模拟器，设置于枪体右侧三角平面区域，用于模拟泵启停操作的执行动作；

压力感知装置，设置于握柄位置，用于感知握柄的按压状态；以及

手柄开关，设置于枪体下部，用于控制所述加油枪式手柄的开启和停止。

2.根据权利要求1所述的加油枪式手柄，其特征在于，所述电路控制板上设有方向操作摇杆控制电路、阀门开启控制电路、泵启停控制电路、加油枪加油控制电路和手柄开关控制电路；其中，方向操作摇杆控制电路、阀门开启控制电路、泵启停控制电路、加油枪加油控制电路分别用于接收方向操作摇杆、阀门开关模拟器、泵启停模拟器和压力感知装置的操作信息并对相应信息进行处理；手柄开关控制电路用于控制手柄开关的开启和停止。

3.根据权利要求1所述的加油枪式手柄，其特征在于，所述方向操作摇杆包括触碰式按钮、密封胶圈和电位器；其中：

触碰式按钮与电位器连接，电位器与所述电路控制板连接；

触碰式按钮位于枪体外，用于与使用者的指部接触；

密封胶圈，用于隔离枪体内、外部之间的敞口区域；

电位器位于枪体内，用于感知触碰式按钮传递的方向信息并将信号传输至电路控制板上。

4.根据权利要求1所述的加油枪式手柄，其特征在于，所述阀门开关模拟器包括闸阀、密封胶圈和步进电位器；其中：

闸阀与步进电位器连接，步进电位器与所述电路控制板连接；

闸阀位于枪体外侧；

密封胶圈，用于隔离枪体内、外部之间的敞口区域；

步进电位器位于枪体内，用于感知闸阀传递的开度信息并将信号传输至电路控制板上。

5.根据权利要求4所述的加油枪式手柄，其特征在于，所述闸阀的外轮廓尺寸大于枪体左侧三角平面区域的内切同心圆尺寸。

6.根据权利要求1所述的加油枪式手柄，其特征在于，所述泵启停模拟器包括启停键、密封胶圈、弹片和信号触板；其中：

启停键与信号触板连接，信号触板与所述电路控制板连接；

启停键位于枪体外，用于控制泵的开启和停止；

密封胶圈，用于隔离枪体内、外部之间的敞口区域；

弹片，用于将启停键由按下状态恢复至弹起状态；

信号触板位于枪体内，用于感知启停键的开启信息并将信号传输至电路控制板上。

7.根据权利要求6所述的加油枪式手柄，其特征在于，所述启停键包括启动键和停止键，启动键和停止键在同一时间不能同时按下。

8.根据权利要求7所述的加油枪式手柄，其特征在于，所述泵启停模拟器还包括两个按键指示灯，按键指示灯位于枪体外；在启动键或停止键按下时，相应的按键指示灯点亮。

9.根据权利要求1所述的加油枪式手柄，其特征在于，所述压力感知装置和手柄开关分别与电路控制板连接。

10.加油站虚拟仿真培训系统，其特征在于，包括：

加油枪式手柄，采用如上述权利要求1至9任一项所述的加油枪式手柄；

电脑主机，安装有培训及考核评估软件，用于构建1:1的加油站三维数字化场景；

显示器，用于显示培训及考核评估软件操作界面及三维效果；

无线传输系统，用于连接加油枪式手柄与电脑主机并进行数据通讯。