[发明专利]特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法

权利要求书

1.一种特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法，包括硬件控制设备、软件控制系统和时机幅度触感训练手法，所述软件控制系统安装在硬件控制设备中，并控制硬件控制设备按指令教导、训练和纠正学员进行操作，其特征在于：所述硬件控制设备包括安装骨架、外壳、电路板、传感器、教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置，所述电路板设置有集成电路，安装在有外壳的安装骨架上，通过电线电缆或线束或无线接收发送装置与传感器、教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置分别连接，构成回路，接收或传送各种信号和/或指令，所述驱动装置连接并驱动操作模拟装置工作，所述操作模拟装置设置有束缚手脚的简易装置，所述传感器安装在并反馈教学指挥硬件、操作模拟装置和驱动装置和学员的实时信息；所述时机幅度触感训练手法包括机器触感被动训练手法、学员掌握的动作评价手法和学员缺陷强化训练手法：

所述机器触感被动训练手法包括步骤①-③：①.由系统讲解演示正规操作过程；②.让学员按标准要求站立或坐好，手握各种模拟操纵杆或键盘鼠标、脚踩或虚踩各模拟踏板或模拟位置或对应开关传感器，并用束缚手脚的简易装置轻轻束缚手、脚；③.软件控制系统驱动模拟操作控制装置按有人在进行标准操作时，各模拟装置理应运作的时机、持续时间、动作方向、动作顺序和动作幅度进行运动，带动学员的手、脚运动，让学员通过触觉感受标准操作的时机、持续时间、动作方向、动作顺序和动作幅度；所述学员掌握的动作评价手法包括步骤④-⑤：④.运动过程中，驱动装置克服并补偿学员因生涩不协调而产生的阻力矢量，确保标准动作的时机、动作、顺序和幅度的精确控制和到位；⑤.各部位的传感器监控、记录和该阻力矢量实时补偿值；⑥.分析阻力矢量实时补偿值与标准动作之间的关系和差别幅度，计算差别部分与标准动作之间的比率，分析学员对操作要点的现状把握、存在的明显缺陷和需要加强训练的细节，根据比率确定偏差程度和缺陷需要加强训练的强度；所述学员缺陷强化训练手法包括步骤:⑦-⑨，⑦.根据分析结果，用显示器显示或喇叭播音向学员展示学员操作失误的时机和幅度，与标准操作相比应该更改调整的时机和幅度，同步提醒学员当前操作如何改进和跟上标准操作的节奏；⑧.针对学员存在的明显缺陷和需要加强训练的细节，继续按步骤①-⑥的方式反复训练学员，获取学员训练学习时的传感器数据进行分析，当传感器数据分析得到的整套目标操作的阻力矢量实时补偿值为零或处于视为掌握学习的差别范围内，判断学员已熟练掌握被动阶段的学习任务；⑨.切换训练模式，进入主动熟练度训练和意外应急训练模式，按比例突然增加之前被动训练时的缺陷环节，并用传感器实时记录和分析出学员进步情况和技能熟练度。

2.根据权利要求1所述的一种特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法，其特征在于：所述软件控制系统包括以下模块：

人机互动交流模块：用于确认学员的学习掌握情况和实际理解情况，优化学员的学习内容，和实际掌握情况；

训练科目技术分解解说模块：用记录并向学员展示训练科目细节的构成、要点、控制或判断的技巧；

主动指挥程序模块：通过教学指挥硬件主动讲解训练科目细节的构成、要点、控制或判断的技巧，进行常规教学，讲解科目细节一步，等待学员操作一步，接受确认学员的操作反馈，待学员反复操作熟练，进行下一科目细节讲解；

被动指挥程序模块：主动讲解训练科目细节的构成、要点、控制或判断的技巧，让学员以专业手法接触各教学指挥硬件，自动驱动教学指挥硬件按训练科目细节运动，带动学员的身体器官运动，进行被动触感感受式教学；

传感器信息分析模块：用于从传感器接受信号，并对所接受的信息予以分析，判断学员和系统的各零部件实时状态和预期的下一步结果；

考评模块：获取学员操作实时状态、传感器实时数据、学员答题内容，与标准答案和容错答案进行对比，评价学员的动作完成度、知识点掌握、技能熟练度等成绩。

3.根据权利要求1所述的一种特种机械虚拟导师触感式实时主动训练装置及其训练方法，其特征在于：所述传感器包括位置传感器、速度传感器、视频图像摄像头、声音传感器中的一种以上，设置在操作模拟装置任意相对运动位置或有声响发生位置或有需要视频确认操作动作幅度和操作手法的位置或有必要监控速度和加速度的位置，通过导线、线束或无线信号收发器与电路板连接，进行实时监控反馈或指令数据交流，以供集成电路分析和确认指令执行的实际完成质量反馈。