一种单手触电体感手势手套及触电模拟系统
阅读说明：本技术 一种单手触电体感手势手套及触电模拟系统 (Single-hand electric shock somatosensory gesture glove and electric shock simulation system ) 是由 赖必贵 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种单手触电体感手势手套,其特征在于,包括单片机、控制器、电源管理电路,单片机、控制器和电源管理电路都设置在控制盒内,位于手套手指的手势传感器电极A,位于手套手掌的内衬导电布电极B；单片机通过无线连接器与控制器连接；控制器用于接收无线适配器传输的VR触发信号,并把接收到的VR触发信号通过无线连接器发送给单片机；单片机上设置有电源管理电路,升压电路和放电电路,所述电源管理电路包含充电电路、电源切换电路、开关机和稳压电路；单片机接收到无线连接器发送的触点信号后,经过电源管理电路和升压电路对电压进行升高,通过放电电路把放电模拟电路的输出端连接到金属电极。实现在VR安全体感培训过程中,可通过手势操作VR课件,无需更换或佩戴多种手套,方便便捷。在VR触电体感中,又可将二者结合。(The invention provides a pair of single-hand electric shock somatosensory gesture gloves, which is characterized by comprising a single-chip microcomputer, a controller and a power supply management circuit, wherein the single-chip microcomputer, the controller and the power supply management circuit are all arranged in a control box, a gesture sensor electrode A positioned on a glove finger and a lining conductive cloth electrode B positioned on a glove palm are arranged in the control box; the single chip microcomputer is connected with the controller through a wireless connector; the controller is used for receiving the VR trigger signal transmitted by the wireless adapter and sending the received VR trigger signal to the single chip microcomputer through the wireless connector; the single chip microcomputer is provided with a power management circuit, a booster circuit and a discharge circuit, wherein the power management circuit comprises a charging circuit, a power switching circuit, a switching on/off device and a voltage stabilizing circuit; after the single chip microcomputer receives a contact signal sent by the wireless connector, the voltage is boosted through the power management circuit and the booster circuit, and the output end of the discharge analog circuit is connected to the metal electrode through the discharge circuit. Realize feeling the training in-process at VR safety, accessible gesture operation VR courseware need not to change or wear multiple gloves, and is convenient. In VR electric shock feeling, the two can be combined.)
技术领域
本发明涉及VR交互触电模拟技术领域，特别是一种单手触电体感手势手套及触电模拟系统。
背景技术
10kV配网不停电作业，是通过旁路作业、带电作业的方式对线路设备进行检修的一种作业方法，可以使用户不停电或少停电，是一项技术性强、操作安全水平要求高的特殊工作。目前，我国供电企业配网带电作业通常分为直接和间接作业两种方式，其中直接作业法为作业人员利用绝缘斗臂车、绝缘平台等承载工具，穿戴绝缘手套直接接触带电导线进行作业，采用该法时，需要对不满足安全距离的带电体或接地体进行绝缘遮蔽，实现作业目的。而间接作业法则是作业人员采用绝缘操作杆等工具间接接触带电体来进行作业的一种方式。无论哪种作业方式，都属于高危工作项，因此配网不停电作业安全培训一直是电力企业高度重视的培训工作。而传统的电力职业教育培训方式不能利用实际运行设备进行，学员缺乏真实体验感，在理论知识方面的培训力度比较大，缺乏良好的互动性和实践性，不能与实际问题结合起来，相关员工的理论水平虽然较高，但是缺乏理论联系实际的专业能力，致使在解决实际问题的过程中，效果不佳。如何克服场地、设备、时空等各种限制，寻求一种安全且有效的培训方法，是电力职业教育培训多年来探索的方向。
VR交互技术的发展为模拟触电事件提供了良好的选择，电力行业中引入VR安全体感培训，通过触电体感手势手套来实现课件操作以及触电体感。VR课件中的一些虚拟场景需要通过本手套来上传特定的手势信息，从而触发本手套的触电体感，用来实现带电作业的过程中因为违规操作从而导致手掌触电的感觉。但是现实中传统触电模拟手套的现实训练中，为了保障训练安全，无法进行更不能模拟最贴近触电安全事故的模拟训练，模拟出来的触电事件与真实触电场景相差较远，而使用其它替代设备训练真实度不高，并且无法模拟出复杂特定要求的训练环境，训练效果大打折扣，且传统触电模拟手套通过有线方式进行信号传输，限制了用户的活动范围，极大的降低了用户体验。另外，目前市场上有的触电手套采用5号或者7号干电池进行供电，设备整体偏大，在使用时需要双手都戴上手套才能进行触电体验，两只手套之间通过两根电极线相连，操作体验效果不好，而且通过双手的电流经过心脏是一种非常危险的路径。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提出一种单手触电体感手势手套及触电模拟系统。
本发明是通过如下方式实现的：
本发明是一种单手触电体感手势手套，其特征在于，包括单片机、控制器、电源管理电路，单片机、控制器和电源管理电路都设置在控制盒内，位于手套手指的手势传感器电极A，位于手套手掌的内衬导电布电极B；
单片机通过无线连接器与控制器连接；控制器用于接收无线适配器传输的VR触发信号，并把接收到的VR触发信号通过无线连接器发送给单片机；
单片机上设置有电源管理电路，升压电路和放电电路，所述电源管理电路包含充电电路、电源切换电路、开关机和稳压电路；
单片机接收到无线连接器发送的触点信号后，经过电源管理电路和升压电路对电压进行升高，通过放电电路把放电模拟电路的输出端连接到金属电极。
进一步，单片机包括无线-SOC芯片。
进一步，无线-SOC芯片接口电路预留了DEBUG串口、程序烧写口、按键判断电路及指示灯。
进一步，升压电路是斩波升压电路，放电电路通过三极管的导通和截止来改变电流流过路径的方向。
进一步，电源管理电路还设置有锂电池，当接入外部电源时外部电源一边给锂电池充电一边给系统供电，在充电过程中锂电池不给系统供电。
进一步，充电电路采用的是专用锂电池恒流/恒压线性充电芯片，充电电路内部采用防倒充电路，当电池充电至给定值时将自动结束充电过充。
进一步，手套上还设置有魔术贴，所述控制盒上设置有充电母座、电源指示灯、电量指示灯、电源键、电量加键和电量减键。
一种触电模拟系统，其特征在于，包括上述任一所述的单手触电体感手势手套，还包括PC机，无线适配器；单手触电体感手势手套通过无线传输方式与无线适配器相连，无线适配器通过USB或串口与PC机相连接，PC机上装有VR体感课件，VR体感课件通过无线适配器与手套进行无线通信。
进一步，VR体感课件通过手势弯曲传感器，并通过运算放大器，将信号放大后连接单片机的ADC端，计算出采样值后，由程序上判断其手势，从而发出VR触发信号。
进一步，VR体感课件包括来源于真实的不停电作业现场，利用3D建模建立安全工器具室，作业现场中绝缘斗臂车自由操控，耐张杆、直线杆、分支线路、环网柜、移动箱变车都一一还原到VR场景中，结合动作捕捉高端交互设备及3D立体显示技术进行还原真实环境。
本发明的有益效果在于：本发明旨在对培训方式进行创新，融入当今最新的应用技术及硬件集成，对配网不停电作业中的触电风险进行深度还原，以此提高培训的效果，提升相关人员的业务水平、实操水平，促进提高供电可靠性，减少不停电作业的安全隐患。在VR安全体感培训过程中，可通过手势操作VR课件，无需更换或佩戴多种手套，方便便捷。在VR触电体感中，又可将二者结合。
附图说明
图1为本发明的单手触电体感手势手套的结构框图；
图2为本发明的触电模拟系统结构框图；
图3为本发明的单手触电体感手势手套的电路示意框图；
图4为本发明的单片机接口电路图；
图5为本发明的升压电路电路图；
图6为本发明的放电电路电路图；
图7为本发明的锂电池充电管理电路图；
图8为本发明的外部电源和电池切换电路图；
图9为本发明的手势采集电路电路图。
具体实施方式
下面结合附图和本发明的实例，对本发明作进一步的描述。
一种单手触电体感手势手套，其特征在于，包括单片机、控制器、电源管理电路，单片机、控制器和电源管理电路都设置在控制盒13内，位于手套手指的手势传感器电极A11，位于手套手掌的内衬导电布电极B12；
单片机包括无线-SOC芯片作为其MCU加上电源管理电路、Boost升压电路以及放电电路构成，其中电源管理电路包含充电电路、电源切换电路、开关机及稳压电路；无线-SOC芯片接口电路预留了DEBUG串口、程序烧写口、按键判断电路及指示灯；无线-SOC芯片采用nRF51822芯片。
单片机通过无线连接器与控制器连接；控制器用于接收无线适配器传输的VR触发信号，并把接收到的VR触发信号通过无线连接器发送给单片机；
单片机上设置有电源管理电路，升压电路和放电电路，所述电源管理电路包含充电电路、电源切换电路、开关机和稳压电路；电源管理电路还设置有锂电池，当接入外部电源时外部电源一边给锂电池充电一边给系统供电，在充电过程中锂电池不给系统供电；充电管理IC采用的是HX4057A锂电池恒流/恒压线性充电IC，IC内部采用防倒充电路，不需要额外添加隔离二极管便可以实现电池的自动充电，当电池充电至给定值时将自动结束充电过充，具有防止其过充的功能。
单片机接收到无线连接器发送的触点信号后，经过电源管理电路和升压电路对电压进行升高，升压电路是斩波升压电路；放电电路通过三极管的导通和截止来改变电流流过路径的方向；通过放电电路把放电模拟电路的输出端连接到金属电极。
所述手套上还设置有魔术贴14，所述控制盒13上设置有充电母座33、电源指示灯32、电量指示灯31、电源键21、电量加键22和电量减键23。
一种触电模拟系统，其特征在于，包括上述任一所述的单手触电体感手势手套，还包括PC机，无线适配器；单手触电体感手势手套通过无线传输方式与无线适配器相连，无线适配器通过USB或串口与PC机相连接，PC机上装有VR体感课件，VR体感课件通过无线适配器与手套进行无线通信；VR体感课件通过手势弯曲传感器，并通过运算放大器，将信号放大后连接单片机的ADC端，计算出采样值后，由程序上判断其手势，从而发出VR触发信号；VR体感课件包括来源于真实的不停电作业现场，利用3D建模建立安全工器具室，作业现场中绝缘斗臂车自由操控，耐张杆、直线杆、分支线路、环网柜、移动箱变车都一一还原到VR场景中，结合动作捕捉高端交互设备及3D立体显示技术进行还原真实环境。
当模式控制切换面版上当SW按键按下时Q3的基级的电压为VOUT，此刻Q3为饱和状态导通，MCU的IO口检测到KET_IO此刻为低电平，同理Q4此刻也为饱和状态，Q2基极被拉低所以Q2也导通，Q2导通后，后级电路有了3.3V的电压，MCU便上电开启，当KEY_IO检测到低电平后PWR_IO输出高电平使系统的电源导通，从而完成按键开关机功能，当系统长时间未工作，系统也可以完成自动关机功能。在手势采集电路中FLEX端为手势弯曲传感器，通过运算放大器，将信号放大后连接MCU的ADC端，计算出采样值后，由程序上判断其手势。
虚拟现实技术的引入使得配网不停电作业虚拟培训成为现实，VR虚拟环境构建的素材来源于真实的不停电作业现场，利用3D建模建立安全工器具室，作业现场中绝缘斗臂车自由操控，耐张杆、直线杆、分支线路、环网柜、移动箱变车等，都一一还原到VR场景中。结合动作捕捉高端交互设备及3D立体显示技术，为培训者提供一个和真实环境完全一致的虚拟环境，培训者戴上VR头盔后，可以在这个具有真实沉浸感与交互性的虚拟环境中，通过人机交互设备和场景里所有物件进行交互，体验实时的物理反馈，进行多种实验操作。在有关不停电作业过程中需要避免工人触电，一旦触电则会出现无法挽回的后果，然而语言或课程上的培训无法有效的让员工理解消化，利用人机交互设备在VR培训系统中进行不停电作业的培训，现有的实物触电体感设备不具备真实电击的模拟且无法结合虚拟现实系统形成联动，无法满足真实体感从而达到记忆深刻的效果。
在使用配网不停电VR培训系统过程中，由于实际不停电作业过程中触电风险高的特性，除了现有的斗臂车控制平台具备的抖动、沉降，坠物打击等体感功能外，设备中追加触电体感相关内容。本发明将提供一种单手触电体感手势手套，包括控制和调节设备中各部件参数的控制系统。通过电池内部的电流经过可调电阻、分流器、触点和软导线最后回到电池形成回路，使用者的手掌接触触点可感受安全范围内的电流，在回路形成的一瞬间控制装置控制继电开关关闭。控制部分通过利用单片机完成与软件的连接，遥控模块通过无线遥控控制电击设备，在手套上产生电压，当人穿戴手套后，在身体形成回路，在特定环节由软件上的内容触发电击，使人产生触电的感觉。将解决现有体感设备不具备电击体感导致培训效果不好的问题。
本发明的有益效果在于：本发明旨在对培训方式进行创新，融入当今最新的应用技术及硬件集成，对配网不停电作业中的触电风险进行深度还原，以此提高培训的效果，提升相关人员的业务水平、实操水平，促进提高供电可靠性，减少不停电作业的安全隐患。在VR安全体感培训过程中，可通过手势操作VR课件，无需更换或佩戴多种手套，方便便捷。在VR触电体感中，又可将二者结合。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种物理实验用演示装置及其使用方法