CN117854351A - 基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统及方法，属于轨道交通检修技能培训技术领域。该系统包括受电弓实物实训设备、混合现实头戴式显示器以及受电弓混合现实智能化检修培训软件。该方法为学员佩戴混合现实头戴式显示器，通过手势或语音交互进入到受电弓智能化检修培训系统，点击选择可视化作业指导模块进入培训学习；点击进入受电弓碳滑板故障培训场景，通过手势交互点击上下步骤切换反复查看学习受电弓碳滑板故障检查及更换流程，也可以选择自动模式从头至尾学习整个操作流程，全程可视化形式操作。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通检修技能培训技术领域，具体涉及一种基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统及方法。
背景技术
轨道交通是指在特定轨道上行驶的一类交通工具或运输系统，城市轨道交通通常以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通的总称。常见的轨道交通有传统铁路(普通铁路、城际铁路和市域铁路)、地铁、轻轨和有轨电车等。
这些轨道交通方式具有运量大、速度快、班次密、安全舒适、准点率高、全天候、运费低和节能环保等优点，是城市公共交通的骨干，特别适应于大中城市，而带来上述优点必然少不了轨道交通各部件的协调、稳定运行；由于轨道交通运行速度快，运行过程中的外界环境往往实时发生着变化，因而对各部件的运行状态往往会产生一定的影响，需要定期对轨道交通的相关部件进行检修，如电气检修、受电弓检修等。
受电弓是轨道交通正常运行过程中的关键设备，是列车从接触网获取电力的主要电气设备，直接决定了轨道交通是否可以正常行驶。在实际应用过程中，受电弓往往设置在轨道交通的顶部，即设置在车体外，因而其受外界环境的影响就更为明显，容易在外界因素的作用下产生损坏或者故障，影响受电弓的正常使用；因此，一旦受电弓在使用过程中发生故障，轨道交通的乘务人员就必须针对对应的故障进行应急处理，以保证轨道交通列车的正常运行，即使受电弓在轨道交通运行过程中工作正常，也必须定期安排检修人员在轨道交通的运行天窗时间内对受电弓进行检修和维护。
在受电弓的故障应急处理、检修维护过程中，往往少不了轨道交通乘务员和/或检修人员的专业操作，而轨道交通乘务员和检修人员专业技术的好坏直接决定了受电弓工作状态的好坏和轨道交通的正常运行。因此，对乘务人员和检修人员进行受电弓故障检修、故障分析、故障应急处理的培训便显得十分重要，这也成为了近年来轨道交通运营中被广泛关注的一个重要课题。目前，针对乘务人员和检修人员进行的受电弓检修培训大多还是理论加实训的组合形式，即先在室内进行理论教学，再到轨道交通列车上进行传统的跟车实训或者现场检修培训，以之来保证轨道交通列车和列车上受电弓的正常运行。
经过长期的验证表明，上述培训方法存在着较大的弊端：如缺乏可视化流程指导、故障类的项目难以复现、培训安全隐患大、培训过程无追溯、培训过程难以实现客观评价等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供基于混合现实技术受电弓智能化检修培训方法及系统，以解决现有的培训方法存在的缺乏可视化流程指导、故障类的项目难以复现、培训安全隐患大、培训过程无追溯、培训过程难以实现客观评价等问题中的一种或者多种。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统，包括受电弓实物实训设备、混合现实头戴式显示器以及受电弓混合现实智能化检修培训软件；其中，所述受电弓实物实训设备用于投放以实训基地内机车受电弓实物仿真原型制作的受电弓所有部件模型，实现将受电弓碳滑板典型故障模型精准叠加到所述受电弓实物实训设备上，所述受电弓混合现实智能化检修培训软件具有可视化作业指导模块，用于将文字版作业指导书以可视化形式展示作业步骤，受训人员可通过所述混合现实头戴式显示器进入可视化作业指导模块进行受电弓智能化检修培训。
作为本发明进一步的方案：所述受电弓混合现实智能化检修培训软件还包括专家远程指导模块，在学员对于可视化形式展示的作业步骤或提示依旧存在理解困难时，可通过所述混合现实头戴式显示器呼唤启动所述专家远程指导模块进行专家远程指导。
作为本发明进一步的方案：受电弓混合现实智能化检修培训软件还包括自动考评模块，用于对受训人员在受电弓检修培训过程中的数据收集，受训人员培训结束后自动生成成绩表，能够根据培训过程所记录的数据对受训人员的检修过程进行评价。
作为本发明进一步的方案：基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统还包括无人值守信息化管理模块，用于记录受训人员在检修培训的全过程数据，并保存在数据库中。
基于混合现实技术受电弓智能化检修培训方法，适用于所述的基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统，
学员佩戴混合现实头戴式显示器，通过手势或语音交互进入到受电弓智能化检修培训系统，点击选择可视化作业指导模块进入培训学习；
点击进入受电弓碳滑板故障培训场景，通过手势交互点击上下步骤切换反复查看学习受电弓碳滑板故障检查及更换流程，也可以选择自动模式从头至尾学习整个操作流程。
所述受电弓碳滑板故障检查及更换流程如下：
S1，清洁受电弓碳滑板：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做白布擦拭碳滑板模型动作；
S2，检查受电弓碳滑板外观：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做手电筒照射检查碳滑板模型动作；
S3，测量受电弓碳滑板厚度：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做钢板尺测量碳滑板模型动作；
S4，拆除受电弓弓头气管：弓头气管部件模型高亮显示，受训人员做手拖拉拆除弓头气管模型动作；
S5，拆除受电弓弓头软编线：弓头软编线部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧拆除弓头软编线模型动作；
S6，拧下受电弓弓头紧固螺栓：弓头紧固螺栓部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧拆除弓头紧固螺栓模型动作；
S7，卸下受损受电弓碳滑板：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做手拖拉卸下碳滑板模型动作；
S8，清洁碳滑板安装接触面：碳滑板安装接触面模型高亮显示，受训人员做白布擦拭碳滑板安装接触面模型动作；
S9，在碳滑板安装接触面涂抹导电脂：碳滑板安装接触面模型高亮显示，受训人员做导电脂擦拭碳滑板安装接触面模型动作；
S10，安装新碳滑板：新碳滑板部件模型高亮显示出现，受训人员做手抓取和放下安装新碳滑板模型动作；
S11，拧紧受电弓弓头紧固螺栓：弓头紧固螺栓部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧安装弓头紧固螺栓模型动作；
S12，连接受电弓弓头软编线：弓头软编线部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧连接弓头软编线模型动作；
S13，安装受电弓弓头气管：弓头气管部件模型高亮显示，受训人员做手拖拉安装弓头气管模型动作。
具体地：在S2中，受训人员做完手电筒照射检查碳滑板模型动作后，系统弹出弹窗让受训人员判断该碳滑板是否有故障，系统自动判断受训人员选择是否正确；若系统给出的是故障碳滑板模型，受训人员做出判断后点击下一步，则会进入步骤S4至S13，最后进入S3；若系统给出的是完好碳滑板模型，受训人员做出判断后点击下一步，则会跳过S4至S13，直接进入S3。
作为本发明进一步的方案：在进行S1至S13培训过程中，受训人员对于操作步骤或提示依旧存在理解问题时，可通过混合现实头戴式显示器语音呼唤专家进行远程指导。
作为本发明进一步的方案：基于混合现实技术受电弓智能化检修培训方法还包括对受训人员的自动考评，自动考评方法如下：
以流程化作业指导书中的步骤为评分依据，按标准化作业过程逐步评判对错，评判包含具体分值并把关键项点定义为失格项，一旦违反将直接判零并终止考试；且受训人员训练结束后自动生成成绩表，从而能够根据培训过程所记录的数据对受训人员的检修过程进行评价。
本发明具有以下有益效果：
受训人员佩戴混合现实头戴式显示器，把受电弓系统设备的模型投放到受电弓实物实训设备上，用户通过MR手势、或语音交互对设备虚拟模型进行学习操作，将文字版作业指导书以可视化形式展示作业步骤、将受电弓碳滑板典型故障叠加到实物实训设备上，并实现故障处置流程的提示、将专家远程指导系统接入混合现实头戴式显示器，实现教员随时随地指导受训人员，将自动评价功能接入，实现作业过程关键项点自动评价；考核评价系统在受训人员训练结束后自动生成成绩表，能够根据培训过程所记录的数据对学员的检修过程进行评价。
本发明在满足受训人员实作要求的同时，为实物实训设备赋予新的功能，更多信息通过混合现实技术呈现，建立一套“以实带虚、以虚助实、虚实结合”的机辆检修实训体系，打通从学生到学员再到一名检修作业人员的培养全过程。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明受电弓碳滑板检查及更换流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统，基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统，包括受电弓实物实训设备、混合现实头戴式显示器以及受电弓混合现实智能化检修培训软件；其中，受电弓实物实训设备用于投放以实训基地内机车受电弓实物仿真原型制作的受电弓所有部件模型，实现将受电弓碳滑板典型故障模型精准叠加到受电弓实物实训设备上，典型故障模型依据检修过程中所遇到的各种故障制作，在实际检修过程中，故障的发现非常重要，但由于培训过程中无法或难以在实车上设置故障，因此本系统以将受电弓碳滑板典型故障模型精准叠加到受电弓实物实训设备上，逼真的故障模型替代现实中依靠粉笔标记所做的假设，典型故障类型包含但不限于：机械类、电气类、烧损类、腐蚀类等。定制受电弓混合现实智能化检修培训软件，使受训人员佩戴混合现实头戴式显示器并按指示操作即可进入受电弓智能化检修培训系统，受训人员可以通过眼神、语音和手势与增强现实中的用户界面进行交互，这种方式更加贴近人类习惯，提高了交互的效率。
本发明受电弓混合现实智能化检修培训软件具有可视化作业指导模块，用于将文字版作业指导书以可视化形式展示作业步骤，受训人员可通过混合现实头戴式显示器进入可视化作业指导模块进行受电弓智能化检修培训,具体地，学员佩戴混合现实头戴式显示器，通过手势或语音交互进入到受电弓混合现实智能化检修培训系统，选择“可视化作业指导”模块进入学习。本模块内容为受电弓C1级检修所包含的作业项点，完整步骤依据实际作业指导书编写，全程可以通过语音或手势交互点击上下步骤切换反复查看学习，也可以选择自动模式从头至尾的学习整个操作流程。全程每一步都配备语音介绍，模型动画示意，关键点文字、图片、视频等提示操作内容项次。
本发明受电弓混合现实智能化检修培训软件还包括专家远程指导模块，在受训人员对于可视化形式展示的作业步骤或提示依旧存在理解困难时，可通过混合现实头戴式显示器语音呼唤连接专家远程指导，呼唤全程与操作全部通过语音控制，解放双手，不影响受训人员的实作过程。
在故障处置过程中，当受训人员对于故障处置不熟悉时，教员不仅可以通过语音指导操作步骤，必要时亦可进行设备标记，受训人员通过混合现实头戴式显示器查看教员提示，完成故障处置。在寻求远程专家指导的过程中，传输速率以内部服务器保障，延迟率低于10ms。
此外，专家远程指导功能亦可作为教员对学员培训情况的监控，支持多台混合现实头戴式显示器的实时画面传输到教员监控屏上，教员对学员的培训过程可进行远程监控。
本发明受电弓混合现实智能化检修培训软件还包括自动考评模块，用于对受训人员在受电弓检修培训过程中的数据收集，受训人员培训结束后自动生成成绩表，能够根据培训过程所记录的数据对受训人员的检修过程进行评价。
为实现对受训人员在受电弓检修过程中的数据收集，本发明设置有受训人员的考核评价系统，以流程化作业指导书中的步骤为评分依据，评分的权重由段所实际作业过程中的步骤重要度确定。以实现标准化作业过程逐步评判对错，即按照作业标准、作业程序、作业规范、误操作的情况进行评定，可以显示错误操作的详情及标准答案。评判包含具体分值并把关键项点定义为“失格”项，一旦违反将直接判零并终止考试。受训人员训练结束后自动生成成绩表，能够根据培训过程所记录的数据对学员的检修过程进行评价。
本发明还包括无人值守信息化管理模块，用于记录受训人员在检修培训的全过程数据，并保存在数据库中，受训人员在机车受电弓检修培训的全过程数据，将传输到段所信息化管理模块中。信息化管理模块能将每个受训人员的每一次培训、考核都将作为一个记录保存在数据库中，包括培训记录标识(包括课程信息，学员信息，培训、考核日期及时间，培训、考核成绩、备注信息等)和培训记录数据(包括整个培训过程中的各种操作动作等)。
本发明还包括PC教员管理端，PC教员管理端具有以下功能：
可手动刷新检查设备在线情况，在线即可发起与受训人员通话；
查阅课程的得分详情以及截屏、录屏存储路径以及导出所有数据；
对于设备认知、故障叠加、一级检修的资料增/删/改/查维护管理，可上传文本、PDF、图片、视频；
批量上传可将同一资料的步骤批量配置；
设置课程单步分数情况。
本发明还提供了一种基于混合现实技术受电弓智能化检修培训方法，适用于本发明的基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统，包括以下步骤：
学员佩戴混合现实头戴式显示器，通过手势或语音交互进入到受电弓智能化检修培训系统，点击选择可视化作业指导模块进入培训学习；
点击进入受电弓碳滑板故障培训场景，通过手势交互点击上下步骤切换反复查看学习受电弓碳滑板故障检查及更换流程，也可以选择自动模式从头至尾学习整个操作流程。
所述受电弓碳滑板故障检查及更换流程如下：
S1，清洁受电弓碳滑板：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做白布擦拭碳滑板模型动作；
S2，检查受电弓碳滑板外观：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做手电筒照射检查碳滑板模型动作；
S3，测量受电弓碳滑板厚度：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做钢板尺测量碳滑板模型动作；
S4，拆除受电弓弓头气管：弓头气管部件模型高亮显示，受训人员做手拖拉拆除弓头气管模型动作；
S5，拆除受电弓弓头软编线：弓头软编线部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧拆除弓头软编线模型动作；
S6，拧下受电弓弓头紧固螺栓：弓头紧固螺栓部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧拆除弓头紧固螺栓模型动作；
S7，卸下受损受电弓碳滑板：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做手拖拉卸下碳滑板模型动作；
S8，清洁碳滑板安装接触面：碳滑板安装接触面模型高亮显示，受训人员做白布擦拭碳滑板安装接触面模型动作；
S9，在碳滑板安装接触面涂抹导电脂：碳滑板安装接触面模型高亮显示，受训人员做导电脂擦拭碳滑板安装接触面模型动作；
S10，安装新碳滑板：新碳滑板部件模型高亮显示出现，受训人员做手抓取和放下安装新碳滑板模型动作；
S11，拧紧受电弓弓头紧固螺栓：弓头紧固螺栓部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧安装弓头紧固螺栓模型动作；
S12，连接受电弓弓头软编线：弓头软编线部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧连接弓头软编线模型动作；
S13，安装受电弓弓头气管：弓头气管部件模型高亮显示，受训人员做手拖拉安装弓头气管模型动作。
具体地：在S2中，受训人员做完手电筒照射检查碳滑板模型动作后，系统弹出弹窗让受训人员判断该碳滑板是否有故障，系统自动判断受训人员选择是否正确；若系统给出的是故障碳滑板模型，受训人员做出判断后点击下一步，则会进入步骤S4至S13，最后进入S3；若系统给出的是完好碳滑板模型，受训人员做出判断后点击下一步，则会跳过S4至S13，直接进入S3。
作为本发明进一步的方案：在进行S1至S13培训过程中，受训人员对于操作步骤或提示依旧存在理解问题时，可通过混合现实头戴式显示器语音呼唤专家进行远程指导。
作为本发明进一步的方案：基于混合现实技术受电弓智能化检修培训方法还包括对受训人员的自动考评，自动考评方法如下：
以流程化作业指导书中的步骤为评分依据，按标准化作业过程逐步评判对错，评判包含具体分值并把关键项点定义为失格项，一旦违反将直接判零并终止考试；且受训人员训练结束后自动生成成绩表，从而能够根据培训过程所记录的数据对受训人员的检修过程进行评价。
使用本发明提供的基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统来培训检修人员，解决了现有的培训方法缺乏可视化流程指导、故障类的项目难以复现、培训安全隐患大、培训过程无追溯、培训过程难以实现客观评价等问题，本发明融合多方资源，依托混合现实和人工智能、大数据等新一代信息技术，集合现行教学和实训模式，将信息技术和实物设施深度融合，提高实物实训设备的智能化程度。在满足学员实作要求的同时，为实物实训设备赋予新的功能，更多信息通过混合现实技术呈现，建立一套“以实带虚、以虚助实、虚实结合”的机辆检修实训体系，打通从学生到学员再到一名检修作业人员的培养全过程。
以上对本发明的较佳实施例进行了详细说明，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统，其特征在于：包括受电弓实物实训设备、混合现实头戴式显示器以及受电弓混合现实智能化检修培训软件；其中，所述受电弓实物实训设备用于投放以实训基地内机车受电弓实物仿真原型制作的受电弓所有部件模型，实现能够将受电弓碳滑板典型故障模型精准叠加到所述受电弓实物实训设备上，所述受电弓混合现实智能化检修培训软件包括可视化作业指导模块，用于将文字版作业指导书以可视化形式展示作业步骤，受训人员可通过所述混合现实头戴式显示器进入可视化作业指导模块进行受电弓智能化检修培训。
2.根据权利要求1所述的基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统,其特征在于：所述受电弓混合现实智能化检修培训软件还包括专家远程指导模块，在受训人员对于可视化形式展示的作业步骤或提示依旧存在理解困难时，可通过语音呼唤启动所述专家远程指导模块进行专家远程指导。
3.根据权利要求1所述的基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统,其特征在于：所述受电弓混合现实智能化检修培训软件还包括自动考评模块，用于对受训人员在受电弓检修培训过程中的数据收集，受训人员培训结束后自动生成成绩表，能够根据培训过程所记录的数据对受训人员的检修过程进行评价。
4.根据权利要求1所述的基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统,其特征在于：所述基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统还包括无人值守信息化管理模块，用于记录受训人员在检修培训的全过程数据，并保存在数据库中。
5.基于混合现实技术受电弓智能化检修培训方法,适用于权利要求1-4任一项所述的基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统，其特征在于：
学员佩戴混合现实头戴式显示器，通过手势或语音交互进入到受电弓智能化检修培训系统，点击选择可视化作业指导模块进入培训学习；
点击进入受电弓碳滑板故障培训场景，通过手势交互点击上下步骤切换反复查看学习受电弓碳滑板故障检查及更换流程，也可以选择自动模式从头至尾学习整个操作流程。
6.根据权利要求5所述的基于混合现实技术受电弓智能化检修培训方法,其特征在于，所述受电弓碳滑板故障检查及更换流程如下：
S1，清洁受电弓碳滑板：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做白布擦拭碳滑板模型动作；
S2，检查受电弓碳滑板外观：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做手电筒照射检查碳滑板模型动作；
S3，测量受电弓碳滑板厚度：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做钢板尺测量碳滑板模型动作；
S4，拆除受电弓弓头气管：弓头气管部件模型高亮显示，受训人员做手拖拉拆除弓头气管模型动作；
S5，拆除受电弓弓头软编线：弓头软编线部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧拆除弓头软编线模型动作；
S6，拧下受电弓弓头紧固螺栓：弓头紧固螺栓部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧拆除弓头紧固螺栓模型动作；
S7，卸下受损受电弓碳滑板：碳滑板部件模型高亮显示，受训人员做手拖拉卸下碳滑板模型动作；
S8，清洁碳滑板安装接触面：碳滑板安装接触面模型高亮显示，受训人员做白布擦拭碳滑板安装接触面模型动作；
S9，在碳滑板安装接触面涂抹导电脂：碳滑板安装接触面模型高亮显示，受训人员做导电脂擦拭碳滑板安装接触面模型动作；
S10，安装新碳滑板：新碳滑板部件模型高亮显示出现，受训人员做手抓取和放下安装新碳滑板模型动作；
S11，拧紧受电弓弓头紧固螺栓：弓头紧固螺栓部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧安装弓头紧固螺栓模型动作；
S12，连接受电弓弓头软编线：弓头软编线部件模型高亮显示，受训人员做扳手拧连接弓头软编线模型动作；
S13，安装受电弓弓头气管：弓头气管部件模型高亮显示，受训人员做手拖拉安装弓头气管模型动作。
7.根据权利要求6所述的基于混合现实技术受电弓智能化检修培训方法,其特征在于：在S2中，受训人员做完手电筒照射检查碳滑板模型动作后，系统弹出弹窗让受训人员判断该碳滑板是否有故障，系统自动判断受训人员选择是否正确；若系统给出的是故障碳滑板模型，受训人员做出判断后点击下一步，则会进入步骤S4至S13，最后进入S3；若系统给出的是完好碳滑板模型，受训人员做出判断后点击下一步，则会跳过S4至S13，直接进入S3。
8.根据权利要求6所述的基于混合现实技术受电弓智能化检修培训方法,其特征在于：在进行S1至S13培训过程中，受训人员对于操作步骤或提示依旧存在理解问题时，可通过混合现实头戴式显示器语音呼唤专家进行远程指导。
9.根据权利要求5-9任一项所述的基于混合现实技术受电弓智能化检修培训方法,其特征在于：还包括对受训人员的自动考评，自动考评方法如下：
以流程化作业指导书中的步骤为评分依据，按标准化作业过程逐步评判对错，评判包含具体分值并把关键项点定义为失格项，一旦违反将直接判零并终止考试；且受训人员训练结束后自动生成成绩表，从而能够根据培训过程所记录的数据对受训人员的检修过程进行评价。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202410127415.9A CN117854351A (zh) | 2024-01-30 | 2024-01-30 | 基于混合现实技术的受电弓智能化检修培训系统及方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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