一种基于VR技术的无人装备驾驶训练系统的制作方法

一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统
技术领域
1.本技术涉及军事装备及训练技术领域，特别涉及一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统。


背景技术：

2.无人装备是目前军事发展的最新趋势，采用无人驾驶技术可以使驾驶员在千里之外远程操控装备，不但大大减小了装备的体积和成本，而且不需要担心因装备损毁造成的人员伤亡。
3.无人装备的驾驶员和目前的有人装备驾驶员一样，都需要进行大量训练，以确保在遇到紧急情况时能够作出正确的判断和操作，保证任务能够顺利执行。由于实机训练的成本和危险性都很高，因此对于驾驶技能还不够强的驾驶员多采用模拟驾驶的训练方式，即采用仿真的驾驶舱模拟真实的驾驶环境，并在驾驶舱给出的仿真驾驶环境下做出各种驾驶动作，例如cn110930811a，该专利就采用了虚拟技术模拟真实的驾驶环境，以使驾驶员在模拟驾驶中逐渐提高驾驶技能。
4.然而，上述专利主要是通过采集有经验的驾驶员的驾驶数据来训练自动驾驶的决策算法，虽然在采集数据的过程中也能对驾驶员进行一定的训练，但是这种训练方式对驾驶员的帮助很小，特别是对于新手驾驶员来说几乎无法获得驾驶技能的提升。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，用以解决现有技术中的训练系统对驾驶员的提升较小的问题。
6.一方面，本技术实施例提供了一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，包括：
7.模拟驾驶舱，用于模拟真实的无人装备驾驶舱；
8.图形显示装置，设置在模拟驾驶舱上或由驾驶员佩戴；
9.训练反馈主机，与模拟驾驶舱通信连接，训练反馈主机用于获取当前驾驶场景下的自动驾驶数据，根据自动驾驶数据控制模拟驾驶舱中的各个驾驶组件工作，并采集驾驶员对驾驶组件的操作数据，将操作数据和自动驾驶数据进行比较，确定驾驶员的操作是否合格；
10.图形处理主机，与模拟驾驶舱和图形显示装置均通信连接，图形处理主机用于获取驾驶员的操作数据，根据操作数据对驾驶场景进行相应处理后，控制图形显示装置显示处理后的图形。
11.本技术中的一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，具有以下优点：
12.采用自动驾驶数据驱动模拟驾驶舱中的驾驶组件工作，为驾驶员提供直观的驾驶指引，并在提供指引的基础上采集驾驶员的操作数据，据此确定驾驶员的操作是否合格，通过这种方式能够使驾驶员在大方向上了解正确的操作方式，并快速跟随这种正确的操作方式，但是在具体的操作细节上仍需要按照自己的理解准确控制，以在短时间内快速提升驾
驶员的驾驶技能。
附图说明
13.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本技术实施例提供的一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统的组成示意图。
具体实施方式
15.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
16.图1为本技术实施例提供的一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统的组成示意图。本技术实施例提供了一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，包括：
17.模拟驾驶舱，用于模拟真实的无人装备驾驶舱；
18.图形显示装置，设置在模拟驾驶舱上或由驾驶员佩戴；
19.训练反馈主机，与模拟驾驶舱通信连接，训练反馈主机用于获取当前驾驶场景下的自动驾驶数据，根据自动驾驶数据控制模拟驾驶舱中的各个驾驶组件工作，并采集驾驶员对驾驶组件的操作数据，将操作数据和自动驾驶数据进行比较，确定驾驶员的操作是否合格；
20.图形处理主机，与模拟驾驶舱和图形显示装置均通信连接，图形处理主机用于获取驾驶员的操作数据，根据操作数据对驾驶场景进行相应处理后，控制图形显示装置显示处理后的图形。
21.示例性地，模拟驾驶舱可以模拟传统的有人驾驶装备的驾驶座舱，其内部应设置与无人装备驾驶相关的驾驶组件，例如针对车辆类无人设备可以设置方向盘、档杆、油门踏板和刹车踏板等，驾驶员对任意一个驾驶组件的操作都将被模拟驾驶舱检测到，并将相应的操作数据反馈至训练反馈主机和图形处理主机。
22.在实际训练过程中，驾驶员可以在多个训练模式中选择，本技术中的训练模式包括观看模式、跟随训练模式和自主训练模式，对于新手驾驶员来说，可以首先选择观看模式，在观看模式下还可以从多个驾驶场景中选择一个，然后由图形处理主机控制图形显示装置显示与当前选择的驾驶场景相应的驾驶视频，该视频可以为计算机合成的模拟视频，也可以为有经验的驾驶员在模拟驾驶舱中驾驶时拍摄的真实视频。当驾驶员观看视频并对驾驶操作有一定的理解后，即可选择跟随训练模式开始进行初步的训练。在跟随训练模式下，训练反馈主机即开始工作，进行驾驶组件控制、操作数据采集和驾驶员的操作判断等工作，通过跟随训练模式，使驾驶员能够通过驾驶组件获取正确操作方式下的每个操作动作，相比于通过声音、视觉等感官上的训练而言，肢体动作上的训练更加直观和容易理解，使驾
驶员能够在短时间内较为熟练的理解和掌握驾驶技能。当驾驶员已经具备一定的驾驶技能后，即可选择自主训练模式。在自主训练模式下，训练反馈主机不再驱动驾驶组件工作，仅采集驾驶员的操作数据，然后将驾驶员的操作数据和自动驾驶数据进行比较，最终确定驾驶员的驾驶成绩。
23.在一种可能的实施例中，自动驾驶数据包括每个驾驶组件的转动角度和转动速度，训练反馈主机按照转动速度控制驾驶组件转动，且转动的角度小于自动驾驶数据中的转动角度，在转动结束后采集驾驶员对驾驶组件的操作数据。
24.示例性地，训练反馈主机采用一个统一的小于100％的比例来计算对驾驶组件的进行控制的角度，例如，当自动驾驶数据中要求方向盘转动30
°
时，则训练反馈主机采用80％的比例确定对模拟驾驶舱中方向盘的转动角度为30
°×
80％，即24
°
，然后控制模拟驾驶舱中的方向盘转动24
°
。而剩余的6
°
则需要驾驶员操作，避免驾驶员完全不操作驾驶组件也能达到训练要求的情况发生。
25.进一步地，在控制过程中，需要在模拟驾驶舱的每个驾驶组件上均安装驱动单元，该驱动单元在训练反馈主机的控制下工作，以在适当的时机介入到对相应驾驶组件的驱动中。由于在驱动过程中驾驶组件仅受驱动单元控制，因而驾驶员无法操作驾驶组件，因此需要在驱动单元的控制结束后，才开始采集驾驶员对驾驶组件的操作数据。
26.在一种可能的实施例中，操作数据包括每个驾驶组件的转动角度以及转动时间，训练反馈主机根据驾驶员的转动角度和转动时间确定驾驶员的转动速度，将驾驶员的转动角度和转动速度与自动驾驶数据中的转动角度和转动速度进行比较，确定驾驶员的操作是否合格。
27.示例性地，由于在训练反馈主机的控制下驾驶组件的转动角度小于自动驾驶数据中的转动角度，而当按照正常的转动速度转动时，需要的转动时间将小于按照自动驾驶数据中的转动角度转动的时间，因此在剩余的转动时间中，训练反馈主机即可开始采集驾驶员的操作数据。同时，为了使驾驶员能够清楚的了解需要自行控制转动角度的时机，可以通过对驾驶组件的特别控制或通过图形显示装置显示提醒信息的方式告知驾驶员，其中对驾驶组件的特别控制可以由驱动单元对驾驶组件进行小幅度且快速的反向转动来实现。
28.在一种可能的实施例中，训练反馈主机在每一次采集操作数据后均确定驾驶员的操作是否合格，获得相应的操作结果信息，并通过图形显示装置显示操作结果信息；或训练反馈主机在一次驾驶训练结束后再确定驾驶员的所有操作是否合格，获得相应的操作结果信息，并通过图形显示装置显示操作结果信息。
29.示例性地，由于自动驾驶数据和操作数据均包含转动角度和转动速度两项内容，因此在确定驾驶员的操作是否合格时，需要分别进行对比，即将操作数据中的转动角度和自动驾驶数据中的转动角度对比，并将操作数据中的转动速度和自动驾驶数据中的转动速度对比，如果两项数据中的任意一项的差值超过设定的阈值，则认为驾驶员的操作不合格。
30.在确定驾驶员的操作不合格后，还产生具体的操作结果信息，例如转动角度不合格时将产生转动角度不足或转动角度过大的信息，该信息将由图形显示装置显示出来。
31.在一种可能的实施例中，图形处理主机将驾驶场景按照是否需要驾驶员操作划分为多个训练节点，在一个训练节点结束后，图形处理主机采用自动驾驶数据中对应的节点数据替换操作数据，使驾驶场景按照自动驾驶数据运行。
32.示例性地，由于图形处理主机按照驾驶员的操作数据控制驾驶场景的运行，即驾驶员的任何操作都将对驾驶场景产生影响，如果驾驶员的操作数据和自动驾驶数据存在偏差，则当前的驾驶场景以及后续训练节点中的驾驶场景都将会和自动驾驶数据下的驾驶场景存在差别，导致驾驶员的一次失误影响后面的全部训练，对训练效率将造成严重影响。为了克服这个问题，本技术在一个训练节点结束后，无论驾驶员的操作数据和自动驾驶数据是否相同，都将采用自动驾驶数据修正当前的场景，使后续的驾驶场景按照自动驾驶数据运行，确保驾驶员即使发生失误，后续的训练也不会受到影响，能够保证训练正常进行。
33.在一种可能的实施例中，当图形显示装置设置在模拟驾驶舱上时，图形显示装置设置在模拟驾驶舱的多个位置，每个图形显示装置均与图形处理主机通信连接，图形处理主机按照每个图形显示装置的位置对图形进行分割后，控制对应位置的图形显示装置显示分割后的图形。
34.示例性地，由于模拟驾驶舱模拟了有人驾驶装备的驾驶座舱，因此需要驾驶员了解到驾驶场景中的实时信息，而这些实时信息是通过不同方向传递的，例如前方、左侧、右侧等方向，在这些需要获取实时信息的方向上都可以设置图形显示装置，通过这个图形显示装置可以使驾驶员根据需要查看驾驶场景中不同方向上的实时信息，提供模拟真实情况的驾驶环境。
35.在一种可能的实施例中，本技术的系统还包括：多轴模拟底座，设置在模拟驾驶舱底部，多轴模拟驾驶舱也与图形处理主机通信连接，图形处理主机在对驾驶场景处理的过程中获取无人装备的姿态数据，根据姿态数据控制多轴模拟底座的姿态。
36.示例性地，多轴模拟底座可以包括上底座、下底座和连接在上底座和下底座之间的液压伸缩杆，该液压伸缩杆可以采用多个，由图形处理主机控制每个液压伸缩杆的长度可以使位于上底座上的模拟驾驶舱处在各种需要的姿态，以模拟驾驶场景中无人装备的姿态。
37.在一种可能的实施例中，自动驾驶数据为由模拟驾驶舱采集的教练驾驶员在驾驶场景下的操作数据。
38.示例性地，本技术中的每台模拟驾驶舱在使用之前，需要由经验丰富的教练驾驶员针对每个驾驶场景均进行模拟驾驶，模拟驾驶舱采集并记录教练驾驶员在驾驶过程中对每个驾驶组件的操作数据，然后将这些操作数据作为自动驾驶数据。当一台模拟驾驶舱完成对自动驾驶数据的采集后，可以通过在线或离线的方式将自动驾驶数据传输至另一台模拟驾驶舱，实现自动驾驶数据的共享。
39.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
40.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，其特征在于，包括：模拟驾驶舱，用于模拟真实的无人装备驾驶舱；图形显示装置，设置在所述模拟驾驶舱上或由驾驶员佩戴；训练反馈主机，与所述模拟驾驶舱通信连接，所述训练反馈主机用于获取当前驾驶场景下的自动驾驶数据，根据所述自动驾驶数据控制所述模拟驾驶舱中的各个驾驶组件工作，并采集驾驶员对所述驾驶组件的操作数据，将所述操作数据和自动驾驶数据进行比较，确定驾驶员的操作是否合格；图形处理主机，与所述模拟驾驶舱和图形显示装置均通信连接，所述图形处理主机用于获取驾驶员的所述操作数据，根据所述操作数据对所述驾驶场景进行相应处理后，控制所述图形显示装置显示处理后的图形。2.根据权利要求1所述的一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，其特征在于，所述自动驾驶数据包括每个所述驾驶组件的转动角度和转动速度，所述训练反馈主机按照所述转动速度控制所述驾驶组件转动，且转动的角度小于所述自动驾驶数据中的转动角度，在转动结束后采集驾驶员对所述驾驶组件的操作数据。3.根据权利要求2所述的一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，其特征在于，所述操作数据包括每个所述驾驶组件的转动角度以及转动时间，所述训练反馈主机根据驾驶员的转动角度和转动时间确定驾驶员的转动速度，将驾驶员的转动角度和转动速度与所述自动驾驶数据中的转动角度和转动速度进行比较，确定驾驶员的操作是否合格。4.根据权利要求3所述的一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，其特征在于，所述训练反馈主机在每一次采集所述操作数据后均确定驾驶员的操作是否合格，获得相应的操作结果信息，并通过所述图形显示装置显示所述操作结果信息；或所述训练反馈主机在一次驾驶训练结束后再确定驾驶员的所有操作是否合格，获得相应的操作结果信息，并通过所述图形显示装置显示所述操作结果信息。5.根据权利要求1所述的一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，其特征在于，所述图形处理主机将所述驾驶场景按照是否需要驾驶员操作划分为多个训练节点，在一个所述训练节点结束后，所述图形处理主机采用所述自动驾驶数据中对应的节点数据替换所述操作数据，使所述驾驶场景按照所述自动驾驶数据运行。6.根据权利要求1所述的一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，其特征在于，当所述图形显示装置设置在所述模拟驾驶舱上时，所述图形显示装置设置在所述模拟驾驶舱的多个位置，每个所述图形显示装置均与所述图形处理主机通信连接，所述图形处理主机按照每个所述图形显示装置的位置对所述图形进行分割后，控制对应位置的所述图形显示装置显示分割后的所述图形。7.根据权利要求1所述的一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，其特征在于，还包括：多轴模拟底座，设置在所述模拟驾驶舱底部，所述多轴模拟驾驶舱也与所述图形处理主机通信连接，所述图形处理主机在对所述驾驶场景处理的过程中获取无人装备的姿态数据，根据所述姿态数据控制所述多轴模拟底座的姿态。8.根据权利要求1所述的一种基于vr技术的无人装备驾驶训练系统，其特征在于，所述自动驾驶数据为由所述模拟驾驶舱采集的教练驾驶员在所述驾驶场景下的操作数据。

技术总结
本申请公开了一种基于VR技术的无人装备驾驶训练系统，包括模拟驾驶舱、图形显示装置、训练反馈主机和图形处理主机，训练反馈主机用于根据自动驾驶数据控制模拟驾驶舱中的各个驾驶组件工作，并采集驾驶员对驾驶组件的操作数据，将操作数据和自动驾驶数据进行比较，确定驾驶员的操作是否合格；图形处理主机用于获取驾驶员的操作数据，根据操作数据对驾驶场景进行相应处理后，控制图形显示装置显示处理后的图形。本申请采用自动驾驶数据驱动模拟驾驶舱中的驾驶组件工作，为驾驶员提供直观的驾驶指引，并在提供指引的基础上采集驾驶员的操作数据，据此确定驾驶员的操作是否合格，能够在短时间内快速提升驾驶员的驾驶技能。短时间内快速提升驾驶员的驾驶技能。短时间内快速提升驾驶员的驾驶技能。


技术研发人员：徐中节 常文超 孟祥廷 雒军强 徐东海 李伟 郭航
受保护的技术使用者：西安航天远征流体控制股份有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/4