CN110675682A - 事故应急救援模拟协同训练装备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种事故应急救援模拟协同训练装备，涉及人机交互领域。装备包括六自由度电缸平台、钢化玻璃座椅、虚拟现实投影仪、数据采集组件和环境模拟组件。本申请通过虚拟现实投影仪将事故场景融入到现实环境中来，使多人共享虚拟现实画面，实现非佩戴式人机交互；而且虚拟现实投影仪留有基于Kinect的多个交互接口，通过Kinect可以利用实时动态捕捉、手势、语音辨识等渠道实现多通道人机交互；同时通过环境模拟组件结合事故发生时可能产生的温度变化、烟雾、水汽等进行了环境模拟，使得受训人员沉浸感更强；同时利用数据采集组件在多人协同作业的同时实时采集人体体征数据，建立应急救援人员模拟训练评估指标体系及标准。
Description
技术领域
本申请涉及人机交互领域，特别是涉及一种应用于危险环境下的事故应急救援模拟协同训练装备。
背景技术
目前，人机交互应用到多个领域，但在安全生产事故领域应用尚未成熟，导致事故处置人员之间信息沟通与协同救援能力大幅度下降。
现有的安全交互设备主要以直观体验为主，且必须佩戴虚拟现头盔来使用，不能使应急救援人员共享虚拟现实画面，无法进行协同训练，无法根据具体的应急救援行动产生实时位移动感。重更要的是：缺乏危险环境下的人体体征数据采集器，导致无法准确判断应急救援人员在危险环境情况下的精神状态，无法对其安全行为进行评估，无法建立相关标准。交互接口以键位文本为主不能进行多通道交互，以至于不能及时的地完成事故现场任务及信息交互。
因此，亟需设计和开发一种危险环境下应急救援人员模拟协同训练装备。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
本申请提供了一种事故应急救援模拟协同训练装备，包括：
六自由度电缸平台，用于根据事故场景进行360°全角度的产生实时位移及动感；
钢化玻璃座椅，固定安装在所述六自由度电缸平台处并可随其移动，用于人员乘坐；
虚拟现实投影仪，通过电脑将整个事故场景融入到现实环境中，使多人共享虚拟现实画面，实现非佩戴式的虚拟现实体验，所述虚拟现实投影仪留有基于Kinect硬件设备的多个手势及语音交互接口，以利用实时动态捕捉、手势、语音辨识等渠道实现多通道人机交互训练；
数据采集组件，用于采集危险环境情况下人体体征变化数据，以建立准确的应急救援人员的体征评估体系及标准；和
环境模拟组件，用来模拟事故发生的情景。
可选地，所述六自由度电缸平台包括：
上平台，用做承载平台，用来承载所述钢化玻璃座椅；
下平台，固定在地面处，用做水平基座；
六根电动推杆，每根电动推杆两端对应有万向铰链，通过对应的万向铰链连接上平台及下平台，以实现360°实时位移动感。
可选地，所述六自由度电缸平台的上表面距离地面的高度为0.5米，以增加人体舒适度。
可选地，所述虚拟现实投影仪为immersis虚拟现实投影仪，其与电脑相连，固定于钢化玻璃座椅的的正前方并位于乘坐人员的正上方位置处。
可选地，所述数据采集组件包括血容量数据采集器、皮电数据采集器、皮肤温度数据采集器和心电图数据采集器。
可选地，所述血容量数据采集器为PPG/BVP血容量脉搏数据采集器，所述皮电数据采集器为EDA皮电数据采集器，所述皮肤温度数据采集器为SKT皮肤温度数据采集器，所述心电图数据采集器为ECG心电数据采集器，其中，各采集器的输入端直接与人体相连，各采集器的输出端与电脑相连，以实时采集人体体征数据。
可选地，所述环境模拟组件包括制冷器、温控仪、PTC陶瓷发热片、烟雾机、水雾机和冷风机，所述温控仪与所述制冷器及所述PTC陶瓷发热片相连，以控制所述制冷器及所述PTC陶瓷发热片动作。
可选地，所述制冷器及所述温控仪分别位于所述钢化玻璃座椅的左右两侧的六自由度电缸平台处，所述PTC陶瓷发热片位于所述钢化玻璃座椅的后部，所述水雾机及所述烟雾机均位于所述六自由度电缸平台处，所述冷风机固定于所述钢化玻璃座椅两侧处。
本申请的事故应急救援模拟协同训练装备，通过虚拟现实投影仪将事故场景融入到现实环境中来，使多人共享虚拟现实画面，实现非佩戴式人机交互；而且虚拟现实投影仪留有基于Kinect的多个交互接口，通过Kinect可以利用实时动态捕捉、手势、语音辨识等渠道实现多通道人机交互；同时通过环境模拟组件结合事故发生时可能产生的温度变化、烟雾、水汽等进行了环境模拟，使得受训人员沉浸感更强；同时利用数据采集组件在多人协同作业的同时实时采集人体体征数据，建立应急救援人员模拟训练评估指标体系及标准。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本申请一个实施例的虚拟现实体感式训练装备的示意性结构图。
图中各符号含义如下：
100 事故应急救援模拟协同训练装备，
1 虚拟现实投影仪，
2 PTC陶瓷发热片，
3 人员，
4 温控仪，
5 安全带，
6 手势及语音交互接口，
7 Kinect硬件设备，
8 冷风机，
9 卡扣，
10 心电图数据采集器，
11 血容量数据采集器，
12 immersis虚拟现实投影仪数据线接口，
13 钢化玻璃座椅，
14 六自由度电缸平台，
15 电动推杆，
16 水雾机，
17 烟雾机，
18 水平基座，
19 小型螺栓，
20 鱼眼透镜，
21 皮肤温度数据采集器，
22 皮电数据采集器。
具体实施方式
图1是根据本申请一个实施例的虚拟现实体感式训练装备的示意性结构图。本实施例提供了一种事故应急救援模拟协同训练装备100，适用于在发生安全事故后不同工种的应急救援人员，可以训练他们相互配合提高应急救援效率，降低突发事故带来的生命财产损失。装备一般性可包括：六自由度电缸平台14、钢化玻璃座椅13、虚拟现实投影仪1、数据采集组件和环境模拟组件。六自由度电缸平台14用于根据事故场景进行360°全角度的产生实时位移及动感。钢化玻璃座椅13固定安装在所述六自由度电缸平台14处并可随其移动，用于人员3乘坐。虚拟现实投影仪1通过电脑将整个事故场景融入到现实环境中，使多人共享虚拟现实画面，实现非佩戴式的虚拟现实体验，所述虚拟现实投影仪1留有基于Kinect硬件设备7的多个手势及语音交互接口6，以利用实时动态捕捉、手势、语音辨识等渠道实现多通道人机交互训练。数据采集组件用于采集危险环境情况下人体体征变化数据，以建立准确的应急救援人员的体征评估体系及标准。环境模拟组件用来模拟事故发生的情景。
更具体地，本实施例中，为了改变传统的仅以键位或者文本进行交互的方式，使用了基于Kinect的手势语音多通道交互接口，Kinect硬件设备7不同于现有的以键位、文本为主的交互方式，可以用来提供多通道交互，可以实现语音、手势等交互功能。Kinect设备7的一端通过USB接口与电脑相连，一端固定于六自由度电缸平台14上。
本申请的事故应急救援模拟协同训练装备100，通过虚拟现实投影仪1将事故场景融入到现实环境中来，使多人共享虚拟现实画面，实现非佩戴式人机交互；而且虚拟现实投影仪1留有基于Kinect的多个交互接口，通过Kinect可以利用实时动态捕捉、手势、语音辨识等渠道实现多通道人机交互；同时通过环境模拟组件结合事故发生时可能产生的温度变化、烟雾、水汽等进行了环境模拟，使得受训人员3沉浸感更强；同时利用数据采集组件在多人协同作业的同时实时采集人体体征数据，建立应急救援人员模拟训练评估指标体系及标准。
更具体地，所述六自由度电缸平台14包括：上平台、下平台和六根电动推杆15。上平台用做承载平台，用来承载所述钢化玻璃座椅13。下平台固定在地面处，用做整个事故模拟协同训练装备的水平基座18。六根电动推杆15中的每根电动推杆15两端对应有12个万向铰链，通过对应的万向铰链连接上平台及下平台。其中，电动推杆15通过万向铰以并联的方式将上平台和下平台连接起来，通过电力驱动以及六根电动推杆15的协调运动，实现360°全方位的实时位移动感。而且相较传统的液压平台，本申请的电动缸具有运行平稳、噪声小、精度高等优点。
发明人在实现本申请的过程中发现，现有技术中的平台设计距离地面过高，舒适度欠缺。本实施例，从人机工效的角度考虑，所述六自由度电缸平台14的上表面距离地面的高度为约0.5米，以增加人体舒适度。
更具体地，钢化玻璃座椅13通过6根螺栓与六自由度电缸平台14连接，可以使乘坐人员3跟随六自由度电缸平台14实现同步位移。本实施例中，钢化玻璃座椅13材料设计为钢化玻璃材质，相较于传统的塑料、软体等材质，可以防止在进行模拟加热的时候对钢化玻璃座椅13产生变形。
更进一步地，钢化玻璃座椅13配置有安全带5。
本实施例中，所述虚拟现实投影仪1为immersis虚拟现实投影仪，其与电脑相连，固定于钢化玻璃座椅13的的正前方并位于乘坐人员3的正上方位置处。immersis虚拟现实投影仪具有immersis虚拟现实投影仪数据线接口12。更具体地，immersis虚拟现实投影仪1通过卡扣9及两个小型螺栓19固定在钢化玻璃座椅13的中间上部位置，管线隐藏于钢化玻璃座椅13后部，与电脑连接，提供协同作业环境。immersis虚拟现实投影仪主要由鱼眼透镜20和光处理系统组成。相较于传统的VR体验机必须佩戴头盔才可以感受到虚拟场景，immersis投影仪可以直接将画面以3d的方式投影在墙壁、或者其他密闭空间，使受训人员3在享受沉浸感的同时也可以与现实中的人进行交流，而且画面覆盖的范围在受训人员3面前横向180°视角，纵向120°视角内，相比普通平面投影仪，它会将几乎整个视野可及范围都收入画面中，换而言之就是将事故场景融入到整个现实环境中，使多人共享虚拟现实画面，实现非佩戴头盔式人机交互，更进一步实现多人共享虚拟现实画面，提供应急救援人员多人协同模拟训练环境，实现非佩戴式的多人协同作业。
进一步地，本实施例中，数据采集组件包括血容量数据采集器11、皮电数据采集器22、皮肤温度数据采集器21和心电图数据采集器10，用来实时采集人在危险环境中的生理、心理等体征数据，建立应急救援人员模拟训练评估指标体系及标准。
更具体地，本实施例中，所述血容量数据采集器11为PPG/BVP血容量脉搏数据采集器，所述皮电数据采集器22为EDA皮电数据采集器，所述皮肤温度数据采集器21为SKT皮肤温度数据采集器，所述心电图数据采集器10为ECG心电数据采集器。其中，各采集器的输入端直接与人体相连，例如与乘坐人员3的身体如手指、胸部等部位连接，各采集器的输出端与电脑相连，以实时采集人体体征数据，客观反映受训人员3的精神状态和行为安全性，为应急救援人员3的安全行为评估提供数据基础，并建立评估标准。
更具体地，PPG/BVP血容量脉搏数据采集器、EDA皮电数据采集器、SKT皮肤温度数据采集器，ECG心电数据采集器等输入端直接与人体相关部位相连，输出端与PC端相连可以实时采集事故场景实时传输危险环境下应急救援的人体体征数据，进一步地建立应急救援人员模拟训练评估指标体系及标准。
更具体地，本实施例中，所述环境模拟组件包括制冷器、温控仪4、PTC陶瓷发热片2、烟雾机17、水雾机16和冷风机8。所述温控仪4与所述制冷器及所述PTC陶瓷发热片2相连，以控制所述制冷器及所述PTC陶瓷发热片2动作。
本实施例中，所述制冷器及所述温控仪4分别位于所述钢化玻璃座椅13的左右两侧的六自由度电缸平台14处。所述PTC陶瓷发热片2位于所述钢化玻璃座椅13的后部。PTC陶瓷发热片2由PTC发热元件与波纹铝条组成，通过贴片固定于钢化玻璃座椅13整体后部位置。所述水雾机16及所述烟雾机17均位于所述六自由度电缸平台14处。优选地，水雾机16以及烟雾机17考虑到人员3身体健康问题通过螺栓固定于六自由度电缸平台14底部空余空间。所述冷风机8通过小型螺栓固定于所述钢化玻璃座椅13两侧处。其中，PTC陶瓷发热片2、冷风机8、烟雾机17、水雾机16用来模拟环境增加沉浸感。PTC陶瓷发热片2、水雾机16、烟雾机17作用分别是营造如发生爆炸、熔融金属倾翻、喷溅、泄漏等事故产生的高温、浓烟、以及被汽化的水雾等环境效果。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种事故应急救援模拟协同训练装备(100)，其特征在于，包括：
六自由度电缸平台(14)，用于根据事故场景进行360°全角度的产生实时位移及动感；
钢化玻璃座椅(13)，固定安装在所述六自由度电缸平台(14)处并可随其移动，用于人员(3)乘坐；
虚拟现实投影仪(1)，通过电脑将整个事故场景融入到现实环境中，使多人共享虚拟现实画面，实现非佩戴式的虚拟现实体验，所述虚拟现实投影仪(1)留有基于Kinect硬件设备(7)的多个手势及语音交互接口(6)，以利用实时动态捕捉、手势、语音辨识等渠道实现多通道人机交互训练；
数据采集组件，用于采集危险环境情况下人体体征变化数据，以建立准确的应急救援人员的体征评估体系及标准；和
环境模拟组件，用来模拟事故发生的情景。
2.根据权利要求1所述的装备(100)，其特征在于，所述六自由度电缸平台(14)包括：
上平台，用做承载平台，用来承载所述钢化玻璃座椅(13)；
下平台，固定在地面处，用做水平基座(18)；
六根电动推杆(154)，每根电动推杆(154)两端对应有万向铰链，通过对应的万向铰链连接上平台及下平台，以实现360°实时位移动感。
3.根据权利要求1所述的装备(100)，其特征在于，所述六自由度电缸平台(14)的上表面距离地面的高度为0.5米，以增加人体舒适度。
4.根据权利要求1所述的装备(100)，其特征在于，所述虚拟现实投影仪(1)为immersis虚拟现实投影仪，其与电脑相连，固定于钢化玻璃座椅(13)的的正前方并位于乘坐人员(3)的正上方位置处。
5.根据权利要求1所述的装备(100)，其特征在于，所述数据采集组件包括血容量数据采集器(11)、皮电数据采集器(22)、皮肤温度数据采集器(21)和心电图数据采集器(10)。
6.根据权利要求5所述的装备(100)，其特征在于，所述血容量数据采集器(11)为PPG/BVP血容量脉搏数据采集器，所述皮电数据采集器(22)为EDA皮电数据采集器，所述皮肤温度数据采集器(21)为SKT皮肤温度数据采集器，所述心电图数据采集器(10)为ECG心电数据采集器，其中，各采集器的输入端直接与人体相连，各采集器的输出端与电脑相连，以实时采集人体体征数据。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的装备(100)，其特征在于，所述环境模拟组件包括制冷器、温控仪(4)、PTC陶瓷发热片(2)、烟雾机(17)、水雾机(16)和冷风机(8)，所述温控仪(4)与所述制冷器及所述PTC陶瓷发热片(2)相连，以控制所述制冷器及所述PTC陶瓷发热片(2)动作。
8.根据权利要求7所述的装备(100)，其特征在于，所述制冷器及所述温控仪(4)分别位于所述钢化玻璃座椅(13)的左右两侧的六自由度电缸平台(14)处，所述PTC陶瓷发热片(2)位于所述钢化玻璃座椅(13)的后部，所述水雾机(16)及所述烟雾机(17)均位于所述六自由度电缸平台(14)处，所述冷风机(8)固定于所述钢化玻璃座椅(13)两侧处。
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