本發(fā)明屬于軌道交通職業(yè)教育領(lǐng)域，特別是涉及到一種基于VR技術(shù)的鐵路貨車檢修實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著交通產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展與科技進(jìn)步，鐵路車輛的整體構(gòu)造越來越復(fù)雜，拆裝也比較麻煩。如不能清晰了解車輛的構(gòu)造情況，即使有多年以上維修經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)維修技師也無法進(jìn)行精確檢修。這種變化使得車輛檢修教育方式也有了新的變化需求。教學(xué)過程中，由于教育成本、場(chǎng)地、時(shí)間等因素限制，學(xué)生并不能得到良好地培訓(xùn)，目前出現(xiàn)的虛擬教學(xué)實(shí)訓(xùn)能夠解決這個(gè)難題。

虛擬教學(xué)是以現(xiàn)代教育思想為依據(jù)、現(xiàn)代教育技術(shù)手段為支撐，結(jié)合本專業(yè)教學(xué)需求和學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)需求，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為核心，開發(fā)的仿真教學(xué)資源和實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)資源。虛擬教學(xué)資源是解決實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)施不足、設(shè)備更新緩慢，解決實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)安全性問題的有效手段。

因此，如何引入虛擬教學(xué)實(shí)訓(xùn)用于車輛檢修教育，成為亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是設(shè)計(jì)一種鐵路貨車檢修VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，采用目前先進(jìn)的虛擬裝備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路車輛的虛擬漫游及仿真拆裝，實(shí)用、易用、安全可靠。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種鐵路貨車檢修VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),采用VR沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，構(gòu)建鐵路貨車檢修實(shí)訓(xùn)模塊和資源庫，所述實(shí)訓(xùn)模塊和資源庫采取并行的系統(tǒng)架構(gòu)，既可按照既定的形式劃分和組織各實(shí)訓(xùn)模塊，同時(shí)資源庫開放，由教師自由調(diào)用。

進(jìn)一步的，所述鐵路貨車檢修實(shí)訓(xùn)模塊包括三維結(jié)構(gòu)模塊、工作原理模塊、拆裝實(shí)訓(xùn)模塊、故障處置模塊、檢查作業(yè)模塊；

所述三維結(jié)構(gòu)模塊用于提供整車及部件的三維結(jié)構(gòu)模型及爆炸圖；

所述工作原理模塊用于對(duì)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的工作原理進(jìn)行演示，以動(dòng)畫的形式模擬基礎(chǔ)制動(dòng)的工作過程；

所述拆裝實(shí)訓(xùn)模塊用于實(shí)現(xiàn)整車結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的分解、組裝訓(xùn)練；

所述故障處置模塊主要包括對(duì)輪對(duì)踏面的故障處理訓(xùn)練；

所述檢查作業(yè)模塊用于實(shí)景模擬貨車技術(shù)檢查作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行實(shí)景仿真技術(shù)檢查作業(yè)。

更進(jìn)一步的，所述三維結(jié)構(gòu)模塊的三維結(jié)構(gòu)模型按照真實(shí)車輛結(jié)構(gòu)1:1比例建造，根據(jù)實(shí)際車型開發(fā)，顏色、車輛結(jié)構(gòu)及各部件組成與實(shí)際車輛完全一致；所述模型和爆炸圖通過VR控制手柄進(jìn)行各部件的選擇和360度的旋轉(zhuǎn)查看。

更進(jìn)一步的，所述工作原理模塊使用VR控制手柄自主選擇各車型模塊進(jìn)行工作原理演示。

更進(jìn)一步的，所述拆裝實(shí)訓(xùn)模塊中各三維車輛總成及零部件具有放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)功能，各部分結(jié)構(gòu)均按照實(shí)物1：1比例，反映的材質(zhì)與真實(shí)車輛完全相同；拆裝過程在三維虛擬環(huán)境下由VR控制手柄控制操作，嚴(yán)格遵守鐵路貨車車輛拆裝實(shí)訓(xùn)流程。

更進(jìn)一步的，所述故障處置模塊設(shè)有單獨(dú)的工具庫單元，通過VR控制手柄進(jìn)行工具的選擇以及故障的處置。

更進(jìn)一步的，所述檢查作業(yè)模塊設(shè)有貨車始發(fā)技術(shù)檢查作業(yè)單元、貨車通過技術(shù)檢查作業(yè)單元、貨車中轉(zhuǎn)技術(shù)檢查作業(yè)單元、貨車到達(dá)技術(shù)檢查作業(yè)單元，所有作業(yè)單元均可進(jìn)行場(chǎng)景的切換。每次操作均有標(biāo)準(zhǔn)流程和作業(yè)技術(shù)要領(lǐng)的提示。

再進(jìn)一步，所述檢查作業(yè)模塊還設(shè)有在線交互單元及評(píng)價(jià)單元。

進(jìn)一步的，所述資源庫包括基本的車輛模型、動(dòng)畫、腳本。

進(jìn)一步的，所述實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由學(xué)員通過VR設(shè)備完成實(shí)訓(xùn)，所述VR設(shè)備主要包括頭戴式眼鏡，兩個(gè)控制手柄，兩個(gè)激光定位器，串流盒，USB數(shù)據(jù)線，耳機(jī)。

本發(fā)明提出的一種鐵路貨車檢修VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果為：

本發(fā)明解決了實(shí)體實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)條件不足的問題，利用虛擬技術(shù)滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)的需求；配合教學(xué)資源庫建設(shè)，提供仿真、可視、交互的學(xué)習(xí)資料，為教師講解新知識(shí)、展示新技術(shù)，學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)新知識(shí)等提供參考資料。

一、本發(fā)明具有先進(jìn)性：

(1)實(shí)現(xiàn)了鐵路貨車檢修虛擬仿真應(yīng)用軟件和資源庫；

(2)把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于鐵路貨車的教學(xué)，徹底解決了鐵路車輛交通專業(yè)教學(xué)難的問題；

(3)提出了應(yīng)用程序和資源庫并行的系統(tǒng)架構(gòu)模式，即軟件既可按照既定的形式劃分和組織模塊，同時(shí)其底層資源相對(duì)開放，教師可自由調(diào)用；

(4)將操作與理論通過VR軟件應(yīng)用平臺(tái)融合在一起，并建立起一個(gè)接近真實(shí)城市鐵路貨車的工作環(huán)境；

(5)利用VR眼鏡先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使學(xué)員更好的置身其中，身臨其境。增加了實(shí)訓(xùn)的樂趣與真實(shí)感。

二、本發(fā)明具有實(shí)用性：

(1)形成了適合多人多任務(wù)的教學(xué)和實(shí)訓(xùn)手段；

(2)虛擬拆裝等功能使得車輛大型裝備的結(jié)構(gòu)講解更加直觀，更適合教學(xué)需要；

(3)由于軟件應(yīng)用的廣泛性，一套軟件可供多個(gè)學(xué)校使用，大大降低了實(shí)訓(xùn)的成本；

(4)通過以往不同學(xué)校相似教學(xué)案例的分析，應(yīng)用本系統(tǒng)教學(xué)，效率可提高一倍，教學(xué)時(shí)間縮短1/2；

(5)所有結(jié)構(gòu)均按照真實(shí)車輛1：1比例進(jìn)行研發(fā)，顏色、結(jié)構(gòu)等與真車完全一致，且可隨著車輛的改造進(jìn)行軟件的升級(jí)更新。

三、本發(fā)明具有易用性：

通過VR設(shè)備就可完成相關(guān)的操作，簡(jiǎn)單、便捷，容易操作。所有操作直觀、易用。VR操作手柄通過簡(jiǎn)單的培訓(xùn)即可熟練使用，且與系統(tǒng)結(jié)合，學(xué)員完全可用控制手柄實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)。

四、本發(fā)明具有安全、可靠性：

鐵路貨車發(fā)展迅速，車輛眾多。人員的安全有時(shí)不能得到全部保障，本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)完全模擬鐵路貨車的工作環(huán)境，模擬出眾多故障情況，使學(xué)員可以對(duì)于各種故障設(shè)置進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，且可進(jìn)行多次實(shí)訓(xùn)直至掌握，以此達(dá)到熟練排除故障的能力，減少危險(xiǎn)的發(fā)生；

且學(xué)員使用VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)后，不再需要面對(duì)真實(shí)的車體，不再需要現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，只需使用VR控制手柄即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢修實(shí)訓(xùn)流程，安全可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的功能模塊架構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本系統(tǒng)采用VR沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，構(gòu)建鐵路貨車檢修實(shí)訓(xùn)模塊和資源庫，所述實(shí)訓(xùn)模塊和資源庫采取并行的系統(tǒng)架構(gòu)，既可按照既定的形式劃分和組織各實(shí)訓(xùn)模塊，同時(shí)資源庫開放，由教師自由調(diào)用。其中，所述鐵路貨車檢修實(shí)訓(xùn)模塊包括三維結(jié)構(gòu)模塊、工作原理模塊、拆裝實(shí)訓(xùn)模塊、故障處置模塊、檢查作業(yè)模塊。

三維結(jié)構(gòu)

包括主型客、貨車(25G、25T型、C60型、平車、篷車、罐車)6類車的整體、轉(zhuǎn)向架等物體的三維結(jié)構(gòu)及零部件的爆炸圖。

部件結(jié)構(gòu)模型均按照真實(shí)車輛結(jié)構(gòu)1:1比例建造，根據(jù)實(shí)際車型開發(fā)，顏色、車輛結(jié)構(gòu)及各部件組成與實(shí)際車輛完全一致，其場(chǎng)景更加真實(shí)立體。并且每輛車體均配有爆炸圖，可通過控制手柄進(jìn)行各部件的選擇和360度的旋轉(zhuǎn)查看。

工作原理

對(duì)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的工作原理進(jìn)行演示，以動(dòng)畫的形式模擬基礎(chǔ)制動(dòng)的工作過程，使學(xué)員清楚的了解并掌握制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理，提高了學(xué)習(xí)效率，且減少了培訓(xùn)實(shí)訓(xùn)的費(fèi)用。

使用VR手柄自主選擇各模塊進(jìn)行實(shí)訓(xùn)訓(xùn)練，在三維虛擬仿真環(huán)境下配合VR系統(tǒng)增加實(shí)訓(xùn)的真實(shí)感。

拆裝實(shí)訓(xùn)

具體包括主型客、貨車(25G、25T型、C60型、平車、篷車、罐車)6種車型的分解、組裝；以及轉(zhuǎn)向架的分解、組裝。

各三維車輛總成及零部件可進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)，各部分結(jié)構(gòu)均按照實(shí)物1：1比例，反映的材質(zhì)與真實(shí)車輛完全相同。拆裝過程可在三維虛擬環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，并且嚴(yán)格遵守鐵路貨車車輛拆裝實(shí)訓(xùn)流程。虛擬拆裝采用先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，具有沉浸感和真實(shí)感；拆裝過程中工藝流程、注意事項(xiàng)、使用工具均有完整體現(xiàn)。

具體實(shí)現(xiàn)功能：

(1)利用VR設(shè)備及VR仿真軟件實(shí)現(xiàn)整個(gè)車體結(jié)構(gòu)的分解、組裝，使學(xué)員對(duì)其及部件的功能具有充分的認(rèn)知了解；

(2)對(duì)轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解、組裝、使學(xué)員對(duì)轉(zhuǎn)向架的功能具有充分了解。

故障處置

主要包括對(duì)輪對(duì)踏面的故障處理，配有單獨(dú)的工具庫，可通過控制VR手柄進(jìn)行工具的選擇。

檢查作業(yè)

貨車檢查作業(yè)共分為貨車始發(fā)技術(shù)檢查作業(yè)、貨車通過技術(shù)檢查作業(yè)、貨車中轉(zhuǎn)技術(shù)檢查作業(yè)、貨車到達(dá)技術(shù)檢查作業(yè)這4部分，所有作業(yè)均可進(jìn)行場(chǎng)景的切換。每次操作均有標(biāo)準(zhǔn)流程和作業(yè)技術(shù)要領(lǐng)的提示。

具體實(shí)現(xiàn)功能

1貨車始發(fā)技術(shù)檢查作業(yè)具體實(shí)現(xiàn)功能

(1)實(shí)景模擬貨車技術(shù)檢查作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)；

(2)虛擬顯示貨車始發(fā)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)流程及作業(yè)技術(shù)要領(lǐng)；

(3)實(shí)景仿真技術(shù)檢查作業(yè)；

(4)具有在線交互系統(tǒng)及評(píng)價(jià)系統(tǒng)；

2貨車通過技術(shù)檢查作業(yè)具體實(shí)現(xiàn)功能

(1)實(shí)景模擬貨車技術(shù)檢查作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)；

(2)虛擬顯示貨車通過作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)流程及作業(yè)技術(shù)要領(lǐng)；

(3)實(shí)景仿真技術(shù)檢查作業(yè)；

(4)具有在線交互系統(tǒng)及評(píng)價(jià)系統(tǒng)；

3貨車中轉(zhuǎn)技術(shù)檢查作業(yè)具體實(shí)現(xiàn)功能

(1)實(shí)景模擬貨車技術(shù)檢查作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)；

(2)虛擬顯示貨車中轉(zhuǎn)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)流程及作業(yè)技術(shù)要領(lǐng)；

(3)實(shí)景仿真技術(shù)檢查作業(yè)；

(4)具有在線交互系統(tǒng)及評(píng)價(jià)系統(tǒng)；

4貨車到達(dá)技術(shù)檢查作業(yè)具體實(shí)現(xiàn)功能

(1)實(shí)景模擬貨車技術(shù)檢查作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)；

(2)虛擬顯示貨車到達(dá)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)流程及作業(yè)技術(shù)要領(lǐng)；

(3)實(shí)景仿真技術(shù)檢查作業(yè)；

(4)具有在線交互系統(tǒng)及評(píng)價(jià)系統(tǒng)；

本系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)功能

1可以對(duì)車輛檢修廠、車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D場(chǎng)景再現(xiàn)。

2可以在空間中使用無線遙控設(shè)備對(duì)設(shè)備進(jìn)行空間旋轉(zhuǎn)及觀察，可以同步講解。

3可以與教師機(jī)之間實(shí)現(xiàn)在線交互功能，并具備項(xiàng)目評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

4可以真實(shí)再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的檢查維修作業(yè)。

5作業(yè)過程可重復(fù)進(jìn)行，方便學(xué)員自查自糾。

以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。