[发明专利]一种协同装填训练教学系统及方法

权利要求书

1.一种协同装填训练教学系统，其特征在于，包括：

装填训练车缩比模型，操作员通过操作杆和操作按钮控制装填训练车缩比模型运动，关节传感器将运动变化产生的电信号经传感器信号接收箱发送给服务器；

服务器，用于构建装填车三维仿真模型，将装填训练车缩比模型电信号解析成运动指令，驱使装填训练车三维模型同步运动。

2.一种协同装填训练教学方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，根据装填训练车缩比模型运动自由度安装关节传感器，关节传感器生成一组七位字节码数据的电信号发送给服务器；

S2，服务器采用Unity 3D物理引擎构建高仿真度装填训练车三维模型，模拟装填训练车缩比模型六种自由度；

S3，服务器将关节传感器生成七位字节数据解析成运动指令，通过计算三角函数值、模型平移距离、模型旋转角度，驱使装填训练车三维模型实现和装填训练车相同关节的同步运动；

S4，根据碰撞检测算法，搭建装备模型的碰撞检测包围盒，利用包围盒碰撞原理检测当前运动是否发生碰撞；

S5，服务器保存装填训练车三维模型包括时间、速度、角速度、角加速度运动数据，并根据需求生成对应的装填训练报告。

3.根据权利要求2所述的协同装填训练教学辅助方法，其特征在于，步骤S1中，根据装填训练车的自由度安装关节传感器，包括立柱旋转、大臂俯仰、小臂俯仰、伸缩臂伸缩、吊具俯仰和吊具旋转运动状态，将传感器分别安装在立柱、大臂、小臂、伸缩臂和吊具上，用以检测状态训练车的运动状态；

关节传感器根据模型运动产生一组七位的字节码，每个字节码为1～255；数组第一位以FF开头，代表数据检验位，系统只收集以FF开头的一组数据，否则默认位无效数据；第二位到第七位数据则分别代表立柱旋转、大臂俯仰、小臂俯仰、伸缩臂伸缩、吊具俯仰和吊具旋转六个运动状态。

4.根据权利要求2所述的协同装填训练教学辅助方法，其特征在于，步骤S2中，系统采用Unity 3D软件进行模型搭建，根据装填训练车缩比模型车运动搭建模型之间的结构树，将模型各部件划分为父模型部件与子模型部件，子模型部件从属于父模型部件，虚拟场景运动关系层次树；将运动部件属性设置成Dynamic，将其它与运动过程无关的部件属性设置成Static，实现三维仿真模型与装填车缩比模型相同关节的同步运动，同时避免静态部件干扰。

5.根据权利要求2所述的协同装填训练教学辅助方法，其特征在于，步骤S3中，针对步骤S1所产生的七位的字节码，设计指令分析程序将该字节码解析成运动指令；首先对字节码的第一位数据进行判断，如果是FF，则进行下一步判断，否则将该组数据视为无效数据并舍弃；设计一个大小为6、类型为int的数组，用来存储七位的字节码去除第一位校验码剩下的六位字节码；每一位字节码的范围是0～255。

6.根据权利要求2所述的协同装填训练教学辅助方法，其特征在于，步骤S3中，大臂计算三角函数值、模型平移距离、模型旋转角度如下：

(1)通过大臂对应的字节数据大小，计算出大臂关节传感器的伸缩长度l：

(2)根据大臂传感器的伸缩长度，计算出大臂旋转角度的弧度值：

其中，a，b分别代表传感器两端距离旋转轴的距离，值根据大臂传感器安装的位置确定；

(3)通过计算得到的弧度值，利用三角函数转换成大臂的旋转角度：

通过对大臂字节码计算产生三维模型的运动指令，服务器根据计算出的大臂的运动角度Angle调整大臂的位置，实现步骤S3所述的装填训练车三维模型同步运动。