CN209417958U - 一种基于增强现实技术的技能培训装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于增强现实技术的技能培训装置，包括计算机、虚拟成像设备以及模拟实训装置，所述模拟实训装置的各个接线端子均设有用于采集学员接线操作的传感器，各传感器用于将采集的信号传递给计算机，所述计算机用于接收各传感器的信号，判断学员的接线意图，并输出控制信号给虚拟成像设备，控制虚拟成像设备按照学员的接线意图投影出虚拟接线现象，并将实时的操作现象反应出来。其运用虚拟现实技术让学员不仅仅在视觉和听觉上能够达到现场感受，还能因为有真实的设备，在触觉上也有真实的感受，能够带来更优化的培训效果，且能够大大提高培训效率。

Description

一种基于增强现实技术的技能培训装置

技术领域

本实用新型涉及电力营销培训领域，特别涉及一种基于增强现实技术的技能培训装置。

背景技术

电力市场营销，也叫电力营销，由于电力企业普遍存在重视生产，轻视营销，重视扩大企业规模，轻视经济效益的状况，再加上受到内部、外部因素的影响，就会出现大幅度的起落现象，这就在一定程度上增加了电力结构调整的难度，制约了资源环境建设。

随着社会经济的发展和现代化建设步伐的加快，电网企业需要调整经营活动，让经营活动为电力营销活动服务，这是电力企业需要深入探讨的问题之一。我国经济体制改革不断深入发展，经营模式已由计划经济转向市场经济，电力市场也随之发生了根本性的变化。计划用电转为市场开发，当前又实施了电厂电网分开经营的新模式。一系列的改革措施给电力部门在今后的发展带来新课题。如何开拓潜在电力市场、提高电力市场终端能源占有率、提高电网供电量和电量的销售等关系到企业生存与发展的问题，就是我们电力企业需要花大力气调研和决策的问题。因此，积极开展电力营销培训工作成为电力企业解决上述难题的重要手段。

传统培训方式是用普通的实训设备结合理论知识在实训台上模拟现场操作，且考试也大多是考理论知识，导致传统培训方式存在以下一些问题：

（一）学员没有压力，学习积极性不够。

营销岗位培训，往往是为期几天的学习，比如一线工人培训时间是十天左右，学员在这几天内要学习七八门课程，而培训结束后基本上都安排考试。但是由于学习时间比较紧，所以考试一般都采取开卷的方式，这样学员之间互相交流、抄袭的现象普遍存在，而许多职工单位对培训成绩也没有具体的要求，所以最终的结果是导致有些参加培训的学员思想上不重视，上课敷衍了事，更有甚者，平时不来听课，考试来过过场，返回单位后抛置脑后，没有真正达到培训的目的。

（二）课程局限于理论上的内容，缺少实践训练。

岗位培训，上课的内容还是局限于书上理论的知识，比如我们讲供配电设备，学员从老师的介绍中知道该设备，以及理论上操作的方法，但是由于平时工作细分的缘故，虽然有些学员在工作中会碰到，由于与自己本岗位具体工作无关，可能就不会用心去记，更谈不上如何去操作了。

这两个致命的问题，导致培训效果很不理想，效率低，浪费培训老师的精力，学员也在做无用功，所以传统的培训方式需要得到更新。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种基于增强现实技术的技能培训装置，其运用虚拟现实技术，模拟出实际现场环境操作能够将现场环境模拟出来，能让学员沉浸在实训过程中，让学员的视觉听觉有在现场的真实感受，解决因为传统培训方式带来的关键问题，提升培训效率，并且采用真实设备与虚拟现实技术结合，这样不仅仅是在视觉和听觉上能够达到现场感受，还能因为有真实的设备，在触觉上也有真实的感受，能够带来更优化的培训效果。

本实用新型的目的是采用下述方案实现的：一种基于增强现实技术的技能培训装置，包括计算机、虚拟成像设备以及模拟实训装置，所述模拟实训装置的各个接线端子均设有用于采集学员接线操作的传感器，各传感器用于将采集的信号传递给计算机，所述计算机用于接收各传感器的信号，判断学员的接线意图，并输出控制信号给虚拟成像设备，控制虚拟成像设备按照学员的接线意图投影出虚拟接线现象，并将实时的操作现象反应出来。

所述虚拟成像设备采用全息投影设备，所述全息投影设备用于将虚拟的影像投影在真实的模拟实训装置上。

所述虚拟成像设备采用智能眼镜，所述智能眼镜用于将虚拟的影像与真实的模拟实训装置叠加，投影在镜片上。

所述模拟实训装置的各个接线端子为螺钉式接线端子，各接线端子均设有压力传感器，所述压力传感器用于采集学员扭动螺丝产生的压力，并将采集的压力信号传递给计算机，所述计算机用于接收各压力传感器的压力信号，判断学员的接线意图。本实用新型的压力传感器提供2个功能：

1.通过学员扭动螺丝产生压力，来判断学员的接线意图。

例如学员A接线，有1、2、3,3个接线端子，学员A首先扭动接线端子1，接线端子1产生压力，并将这个压力信号传输给计算机，学员A扭动接线端子2，接线端子2产生压力，也将这个压力信号传给计算机，此时计算机判断出学员A是想将接线端子1与接线端子2用电线连接，此时计算机会给虚拟成像设备传输信号，虚拟成像设备将会投影出虚拟电线现象，将接线端子1与接线端子2连接，如果学员A不终止接线操作，学员A再扭动接线端子3，此时计算机控制虚拟成像设备投影出虚拟电线现象，将接线端子2与接线端子3连接。

在培训过程中，通过压力传感器的功能1，能够虚拟模拟出学员接线是否正确的情况，当学员确认接线完成后，如果接线正确，那么不会产生现象；如果接线错误，计算机会判断出错误原因，并将错误连线的现象通过全息投影投影出来。

2.判断学员接线时是否符合标准接线

假设标准接线时螺丝扭动程度的压力为500N，在培训过程中接线时，学员扭动螺丝的压力小于500N（及实际压力程度＜标准压力程度）时压力传感器采集到此时的信号，传输给计算机，计算机判断出此时压力小于标准压力，计算机输出提示信号给提示装置，提示学员此时的扭动螺丝的压力小于标准压力的提示，同理学员扭动螺丝的压力大于500N（及实际压力程度＞标准压力程度）时，提示装置也会有对应的提示。

所述模拟实训装置为具有实训装置外形的外壳（如带有特定传感器的接线盒以及带有特定传感器的实训电表等），所述外壳内设有数据采集处理器，模拟实训装置的各压力传感器均与数据采集处理器电连接，所述数据采集处理器用于采集各压力传感器的压力信号传递给计算机。

数据采集处理器可以采用单片机。优选地，数据采集处理器与计算机采用有线传输的方式，传输过程中防干扰能力强。当然，数据采集处理器与计算机也可以采用无线的方式连接。

所述模拟实训装置由真实的接线端子和虚拟的影像叠加形成，各接线端子上的传感器通过无线的方式与计算机连接。真实的接线端子通过支架支撑在实训台上。

所述模拟实训装置安装在体感实训台上，所述体感实训台设有震动装置，所述震动装置与计算机进行通讯，所述计算机检测到学员操作错误后输出指令信号给体感实训台，控制震动装置进行震动提示，且体感实训台会给计算机一个反馈信息，作用在于检验计算机下达命令后，体感实训台是否完成该动作。当然，体感实训台上也可以设置其他能让学员有真实感受的装置或报警提示装置。在培训模式时，学员操作错误时体感实训台会震动，考试模式时，学员操作错误时，体感实训台不会震动。

所述体感实训台通过有线的传输方式与计算机连接，如485/232通讯。

所述计算机用于将实时的操作现象传输给考评系统，所述考评系统用于将实时的操作结果记录分析，对学员的操作进行评价与打分；所述考评系统包括中心服务器和管理端，所述中心服务器与计算机连接，所述计算机用于将对学员的操作的分析和记录数据传递给中心服务器进行保存，并具有查询中心服务器所记录的成绩的功能，所述管理端与中心服务器连接，用于查询中心服务器中学员的成绩并且能够为学员的操作成绩进行评价。

本实用新型具有的优点是：学员实训前进入半虚拟半真实的实训室，在对应培训项目的体感实训台上和带有传感器的真实设备进行实训操作，这些传感器会将学员实训过程中实时数据传输给计算机，计算机会通过这些反馈回来的数据进行处理，并将这些处理的数据与计算机存储的数据进行对比达到自动实时监控，并对学员实训过程中的操作进行自动的判定。同时将数据传输给虚拟成像设备，让虚拟成像设备投影出相应的虚拟场景。

本实用新型运用虚拟现实技术，模拟出实际现场环境操作能够将现场环境模拟出来，能让学员沉浸在实训过程中，让学员的视觉听觉有在现场的真实感受，解决因为传统培训方式带来的关键问题，提升培训效率，并且采用真实设备与虚拟现实技术结合，将真实设备即模拟实训装置的所有接线端子均设有用于采集学员接线操作的传感器，各传感器用于将采集的信号传递给计算机，所述计算机用于接收各传感器的信号，判断学员的接线意图，并输出控制信号给虚拟成像设备，控制虚拟成像设备按照学员的接线意图投影出虚拟接线现象，并将实时的操作现象反应出来，这样不仅仅是在视觉和听觉上能够达到现场感受，还能因为有真实的设备，在触觉上也有真实的感受，能够带来更优化的培训效果。

本实用新型通过对现场设备装置加装传感器检测实训过程中学员操作是否规范、接线等是否正确，通过计算机实现对学员的考核评价；且本实用新型通过人机交互设备对学员实训过程的自动监测与自动判定，完成基于互联网进行学员的自主学习与效果评定；且本实用新型通过主动虚拟注入信号源技术，虚拟学员实训操作过程中各种故障现象的模拟；并将线下虚拟现实实训数据与互联网联动问题，解决超大大数据量在现有网络环境下运行效果与流畅度平衡问题。

附图说明

图1为本实用新型的电力营销培训培训系统的原理框图；

图2为本实用新型的考评系统的原理框图。

具体实施方式

参见图1和图2，一种基于增强现实技术的技能培训装置，包括计算机、虚拟成像设备以及模拟实训装置，所述模拟实训装置的各个接线端子均设有用于采集学员接线操作的传感器，各传感器用于将采集的信号传递给计算机，所述计算机用于接收各传感器的信号，判断学员的接线意图，并输出控制信号给虚拟成像设备，控制虚拟成像设备按照学员的接线意图投影出虚拟接线现象，并将实时的操作现象反应出来。

所述虚拟成像设备采用全息投影设备，所述全息投影设备用于将虚拟的影像投影在真实的模拟实训装置上。

所述虚拟成像设备采用智能眼镜，所述智能眼镜用于将虚拟的影像与真实的模拟实训装置叠加，投影在镜片上。

所述模拟实训装置的各个接线端子为螺钉式接线端子，各接线端子均设有压力传感器，所述压力传感器用于采集学员扭动螺丝产生的压力，并将采集的压力信号传递给计算机，所述计算机用于接收各压力传感器的压力信号，判断学员的接线意图。本实施例选用量程为100KG的压力传感器即所能承受的最大力度为980N，将培训装置中的所有接线端子安装上该压力传感器。

本实用新型的压力传感器提供2个功能：

1.通过学员扭动螺丝产生压力，来判断学员的接线意图。

例如学员A接线，有1、2、3,3个接线端子，学员A首先扭动接线端子1，接线端子1产生压力，并将这个压力信号传输给计算机，学员A扭动接线端子2，接线端子2产生压力，也将这个压力信号传给计算机，此时计算机判断出学员A是想将接线端子1与接线端子2用电线连接，此时计算机会给虚拟成像设备传输信号，虚拟成像设备将会投影出虚拟电线现象，将接线端子1与接线端子2连接，如果学员A不终止接线操作，学员A再扭动接线端子3，此时计算机控制虚拟成像设备投影出虚拟电线现象，将接线端子2与接线端子3连接。

在培训过程中，通过压力传感器的功能1，能够虚拟模拟出学员接线是否正确的情况，当学员确认接线完成后，如果接线正确，那么不会产生现象；如果接线错误，计算机会判断出错误原因，并将错误连线的现象通过全息投影投影出来。

2.判断学员接线时是否符合标准接线

假设标准接线时螺丝扭动程度的压力为500N，在培训过程中接线时，学员扭动螺丝的压力小于500N（及实际压力程度＜标准压力程度）时压力传感器采集到此时的信号，传输给计算机，计算机判断出此时压力小于标准压力，计算机输出提示信号给提示装置，提示学员此时的扭动螺丝的压力小于标准压力的提示，同理学员扭动螺丝的压力大于500N（及实际压力程度＞标准压力程度）时，提示装置也会有对应的提示。

所述模拟实训装置为具有实训装置外形的外壳（如带有特定传感器的接线盒以及带有特定传感器的实训电表等），所述外壳内设有数据采集处理器，模拟实训装置的各压力传感器均与数据采集处理器电连接，所述数据采集处理器用于采集各压力传感器的压力信号传递给计算机。

数据采集处理器可以采用单片机。优选地，数据采集处理器与计算机采用有线传输的方式，传输过程中防干扰能力强。当然，数据采集处理器与计算机也可以采用无线的方式连接。

所述模拟实训装置由真实的接线端子和虚拟的影像叠加形成，各接线端子上的传感器通过无线的方式与计算机连接。

所述模拟实训装置安装在体感实训台上，所述体感实训台设有震动装置，所述震动装置与计算机进行通讯，所述计算机检测到学员操作错误后输出指令信号给体感实训台，控制震动装置进行震动提示，且体感实训台会给计算机一个反馈信息，作用在于检验计算机下达命令后，体感实训台是否完成该动作。当然，体感实训台上也可以设置其他能让学员有真实感受的装置或报警提示装置。在培训模式时，学员操作错误时体感实训台会震动，考试模式时，学员操作错误时，体感实训台不会震动。

所述体感实训台通过有线的传输方式与计算机连接，如485/232通讯。

所述计算机用于将实时的操作现象传输给考评系统，所述考评系统用于将实时的操作结果记录分析，对学员的操作进行评价与打分。

所述考评系统包括客户端、中心服务器和管理端，本实施例每台计算机对应一个客户端， 客户端对学员的操作的分析和记录，这些数据传输给中心服务器进行存储。并且能够查询中心服务器所记录的成绩。中心服务器及存储学员培训的成绩和管理端老师对学员成绩评价的处理器。管理端能够查询中心服务器中，学员的成绩并且能够为学员的操作成绩进行评价。这种系统不仅仅让学员们更加方便的学员，也能够为老师提高更方便的教育管理。将培训的时间、过程以及结果实时的上传到中心服务器，培训老师可以不用实时的监控学员的培训状态，只需要通过互联网上就可以查看学员培训的任何时间段的情况。学员也可以通过网络查看自己培训过程中的不足以及培训成绩，能够快速的找到自己在电力营销培训中的不足之处，不用盲目的去重复培训全过程，浪费时间、浪费资源。直接对症下药，提高培训效率。不仅如此，学员们还可以通过互联网来交流讨论，形成一股良好的学习风气，既不会影响学员们工作休息时间，又能促进学员们的学习效率。对于培训老师，管理者而言，互联网可以让培训老师实时掌握培训学员的培训情况，更易于培训老师对培训学员的管理，通过互联网对学员们最真实的情况了解，来对学员进行更优化的培训。解决了传统培训模式上的关键问题：学员在培训过程中有差异，但是培训老师不能全面的了解每个学员在培训过程中的不足之处。而有了本系统，培训老师可以了解到每一个学员在培训过程中的不足，能够针对每一个学员的不足来进行指导和管理，提高了老师，管理者的工作效率。

本实用新型在虚拟现实技术上进行更优化的改进，在虚拟现实场景中加入真实设备，来达到半虚拟半真实的培训实训室，让学员们在实训过程中体验到真实现场的感受。

1）将本实用新型运用在装表接电培训项目上的实际操作过程：

培训学员进入虚拟现实+真实设备的培训室，在计算机上选择装表接电项目，CAVER投影系统快速的搭建装表接电的现实虚拟环境，让学员沉浸在虚拟现实环境中，切身体会在真实现场上的装表接电环境，然后走到对应的体感实训台上，此时体感实训台会自动检测出当前所培训的项目，此时电能表、电流互感器、联合接线盒以及电线，这些真实设备上的传感器开始工作，培训学员可以选择带电操作或者是断电操作两种模式。

带电操作模式：CAVER投影系统快速的搭建装表接电的通电场景，培训学员在操作过程中的任何现象，CAVER投影系统都会实时的反应出对应的现象，例如线接错了，传感器都会反馈会计算机，让CAVER投影系统搭建出线接错了的现场反应，例如能够产生电弧的效果并且产生报警提示学员，但是这种现象是虚拟的，既能够切身体会真实场景中的现象，又能够保护学员的人身安全和设备的完好。

断电操作模式：同样CAVER投影系统快速的搭建装表接电的通电场景，只是在培训过程中模拟场景中是不带电的，所有即使在接错的情况下也不会有任何现象和显示，就和真实场景中断电的情况一样，但是设备上的传感器会将数据反馈给计算机，记录下来，一旦通电，虚拟现实系统同样会出现对应的反应及现象。

学员的任何操作都是被人机交互系统反馈回计算机然后计算机记录和存储下来。

2）用电检查培训

所有传统的培训方式很难到达既能模拟现场环境带电操作培训，又能保证学员的人身安全和设备的完好。而本实用新型就能很好的达到既能在现场环境下带电操作，又能很好的保护好学员的人身安全和设备的完好。

将本实用新型运用在用电检查培训上的实际操作过程：

培训学员进入虚拟现实+真实设备的培训室，在计算机上选择装表接电项目，CAVER投影系统快速的搭建用电检查的现实虚拟环境，让学员沉浸在虚拟现实环境中，切身体会在真实现场上的用电检查环境，然后走到对应的体感实训台上，此时体感实训台会自动检测出当前所培训的项目。

在用电检查培训过程中，CAVER投影系统快速的搭建用电检查的通电场景，学员的任何操作，真实设备上的传感器都能感知到，并且将数据传输给计算机，让计算机做出学员操作对应的现实模拟现象。

本实用新型采用虚拟现实技术构建电网生产现场的三维仿真场景，建立与虚拟场景可进行实时交互的操作平台，实现大场景漫游与小场景的精细展示，还原典型事故现场，让学员获得身临其境的实际操作感受；通过全自由体感交互技术对人体动作进行实时拍摄与捕捉，并投射入虚拟环境中去，实现操作行为的实时判别与虚实互动培训，提升操作自由度，实现真正意义上的沉浸式培训；最终通过虚拟的操作和逼真的作业情境来提高学习的有效性，保证知识向真实情境的迁移，使得培训内容更加贴近实际生产工作。

本实用新型的重要意义在于：

1．自主学习。该电力营销培训与考核系统建设完成后，能够虚拟现实场景，智能化地位学员提供电力营销相关的技能培训，增加学员的培训体验感。系统中存储有资源库，可供学员自主学习（可异地，不需集中培训）。

2．智能考评。在培训后，可以对学员进行考核，并且能够通过语音、图像及视频识别技术，对学员的考核结果进行评价并打分，做到客观、公正、公平。

该系统平台研制完成以后，可以在国网重庆市电力公司技能培训中心进行试用。能够大大节约人力、物力等资源成本，最重要的是能够有效提高培训效率、效果，有效提高电力营销人员的技能水平，为电力公司创造更多的经济效益。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于增强现实技术的技能培训装置，其特征在于：包括计算机、虚拟成像设备以及模拟实训装置，所述模拟实训装置的各个接线端子均设有用于采集学员接线操作的传感器，模拟实训装置的各压力传感器均与数据采集处理器电连接，所述数据采集处理器用于采集各压力传感器的压力信号传递给计算机，所述计算机与虚拟成像设备进行通讯。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述虚拟成像设备采用全息投影设备，所述全息投影设备用于将虚拟的影像投影在真实的模拟实训装置上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述虚拟成像设备采用智能眼镜，所述智能眼镜用于将虚拟的影像与真实的模拟实训装置叠加，投影在镜片上。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述模拟实训装置的各个接线端子为螺钉式接线端子，各接线端子均设有压力传感器，所述压力传感器用于采集学员扭动螺丝产生的压力，并将采集的压力信号传递给计算机，所述计算机用于接收各压力传感器的压力信号，判断学员的接线意图。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述模拟实训装置为具有实训装置外形的外壳，所述外壳内设有数据采集处理器。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述数据采集处理器与计算机采用有线或无线的方式连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述模拟实训装置由真实的接线端子和虚拟的影像叠加形成，各接线端子上的传感器通过无线的方式与计算机连接。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述模拟实训装置安装在体感实训台上，所述体感实训台设有震动装置，所述震动装置与计算机进行通讯。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述体感实训台通过有线的传输方式与计算机连接通讯。