一种应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统的制作方法
专利名称：一种应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种虚拟现实实训系统，尤其是一种应用于水平定向钻机的虚拟现实 实训系统。
背景技术：
近年来，水平定向钻进技术发展迅猛，随着其应用领域的不断拓展，对水平定向钻 机操作人员的需求与日俱增，技术要求也在不断的提高。同时，由于水平定向钻进工程在地 面下进行，实习操作人员不能实时地看到钻进情况，对钻机操作和实际钻进过程的关联性 缺乏系统全面的理解和认识。因此，必须设法培训相当数量的操作人员并提高其操作钻机 的熟练程度，这样才能保证定向钻进工程的顺利完成。且由于钻机成本昂贵，一旦由于操作 人员错误操作，极可能引起钻机本身的故障或者工程的停止，故亟需利用水平定向钻机的 虚拟现实实训系统来进行水平定向钻机的实训工作，使司钻人员在进行实际钻进前就能充 分熟悉水平定向钻机上的各项操作。但目前尚无此类虚拟实训产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处而提出一种低成本、 安全有效的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于包括软件与硬件，硬 件通过串行接口与软件进行通信；所述的软件为包含有水平定向钻机的三维模型、并根据钻机的操作顺序完成控制 界面的，编写相应脚本程序实现钻机的各种动作的软件；所述的硬件部分包括操纵杆、按钮开关、调速旋钮、键盘、显示装置、以及操作箱箱 体，操纵杆控制钻机的各种运动动作，按钮开关作为各种动力电源开关；调速旋钮用于调节钻机的各种速度；键盘用于输入钻机的各种参数；显示装置用于显示钻机的速度值和角度值；按钮开关、调速旋钮、键盘以及显示装置均安装在操作箱的操作面板上；操作杆、按钮开关和调速旋钮的输出信号经信号调理电路送入单片机处理后通过 串口与软件部分进行通信，以控制虚拟水平定向钻机模型的动作，电路板安放在操作箱底 座上，键盘、显示装置分别与单片机相连。所述的操作杆分别控制钻机前后液压支腿的伸出和收回、钻杆的给进回拖和停 止、前夹紧机构的夹紧和松开、后夹紧机构的夹紧和松开、控制上钻杆和下钻杆、钻杆的正 转反转和钻杆停止、钻机整体的前后移动和停止。所述的操作杆包括7个。控制钻杆正转反转和钻杆停止的操纵杆A和控制钻机整体的前后移动和停止的操纵杆B实现三个状态位，其余操纵杆只实现两个状态位。操纵杆运动部件包括操纵杆四杆机构、定位块A、定位块B、微动开关、微动开关连 接板、定位弹簧以及伸缩杆，定位块A、定位块B和微动开关连接板设置在操作箱箱体的底 座上，微动开关固定在微动开关连接板上，定位块B底部钻垂直孔使其与水平孔相通，将弹 簧与伸缩杆放入垂直孔中，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四杆机构中的固定杆固定 在定位块B上，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四杆机构中的固定杆固定在定位块B 上。扳动操纵杆时，操纵杆带动推杆穿过定位块A和定位块B的水平孔运动直到推杆 末端将铰链轮式杆型微动开关置位，此时伸缩杆在弹簧的作用下向上运动至推杆的后凹槽 中，从而将四杆机构定位。往回扳动操纵杆时，推杆末端将铰链轮式杆型微动开关复位，推 杆压住伸缩杆直到操纵杆回到原位，此时伸缩杆向上运动至推杆的前凹槽中，使四杆机构 复位。操纵杆A和操纵杆B实现三个状态位，在相应的微动开关连接板上安装两个铰链轮 式杆型微动开关，相应的推杆有三个凹槽，实现三个状态位的转换两个铰链轮式杆型微动 开关均复位、其中一个置位另一个复位、两个均置位。其余的操纵杆实现两个状态位，相应 的微动开关连接板上安装一个铰链轮式杆型微动开关，相应的推杆有两个凹槽。通过微动开关检测操纵杆的状态，当操纵杆复位时，微动开关输出低电平；当推动 操纵杆时，将微动开关置位，输出高电平。所述的微动开关为铰链轮式杆型微动开关。所述的调速旋钮分别调节钻机高速马达的转速和钻机进给、回拖速度。由键盘输入的钻机的参数包括钻进角度和钻头角度。所述的按钮开关分别控制钻机的启动和停止、高速马达的开关、动力头启动以及 卸扣。所述的软件部分系采用SolidWorks对水平定向钻机进行三维建模，经VRML处理 后将虚拟钻机模型导入到采用Visual Basic6. O开发的软件中。综上所述，本发明的优点在于本发明的有益效果是，可以帮助水平定向钻机操作人员提高其操作熟练程度，避 免培训操作人员时对钻机造成损坏，且成本低、安全高效。
图1是本发明的整体结构图；图2是本发明的硬件部分结构原理图；图3是本发明的硬件部分二维装配图左视图；图4是本发明的硬件部分二维装配图俯视图；图5是本发明的三凹槽推杆的零件图；其中1-微动开关、2-定位块A、3_定位块B、4_弹簧、5_伸缩杆、6_电路板、7_推 杆、8-微动开关连接板、9-按钮开关A、10-按钮开关B、ll-按钮开关C、12-按钮开关D、 13-调速旋钮A、14-调速旋钮B、15-液晶屏、16-键盘、17-操纵杆A、18-操纵杆B、19-三凹 槽推杆、20-微动开关A、21-微动开关B、22-操纵杆C、23-操纵杆D、24-操纵杆E、25-操纵 杆F、26-操纵杆G。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。一种如图1-5所示的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，包括软件与硬 件，硬件通过串行接口与软件进行通信；所述的软件为包含有水平定向钻机的三维模型、并根据钻机的操作顺序完成控 制界面的，编写相应脚本程序实现钻机的各种动作的软件；软件部分利用SolidWorks对 水平定向钻机建模，再将模型另存为VRML文件(.wrl格式)后分别导入到Cosmo Worlds 和Vrmlpad中处理。处理后的三维模型通过Visual Basic6. O高级控件导入到Visual Basic6. O可视化软件开发环境中，并设计软件控制界面。该软件控制界面包括钻机整体 移动和停止、支腿伸出或缩回、钻机工作角度确定、钻杆正反转及其速度调节、钻头角度确 定、动力头进给与回拖、夹紧器夹紧与松开、卸扣、上或下钻杆、开机和退出。所述的硬件部分包括操纵杆、按钮开关、调速旋钮、键盘、显示装置、以及操作箱箱 体，操纵杆控制钻机的各种运动动作，按钮开关作为各种动力电源开关；调速旋钮用于调节钻机的各种速度；键盘用于输入钻机的各种参数；显示装置用于显示钻机的速度值和角度值；按钮开关、调速旋钮、键盘以及显示装置均安装在操作箱的操作面板上；操作杆、按钮开关和调速旋钮的输出信号经信号调理电路送入单片机处理后通过 串口与软件部分进行通信，以控制虚拟水平定向钻机模型的动作，电路板安放在操作箱底 座上，所述的键盘、显示装置与单片机相连。所述的操作杆分别控制钻机前后液压支腿的伸出和收回、钻杆的给进回拖和停 止、前夹紧机构的夹紧和松开、后夹紧机构的夹紧和松开、控制上钻杆和下钻杆、钻杆的正 转反转和钻杆停止、钻机整体的前后移动和停止。所述的操作杆包括7个。控制钻杆正转反 转和钻杆停止的操纵杆A和控制钻机整体的前后移动和停止的操纵杆B实现三个状态位， 其余操纵杆只实现两个状态位。操纵杆运动部件包括操纵杆四杆机构、定位块A、定位块B、 微动开关、微动开关连接板8、定位弹簧以及伸缩杆，定位块A、定位块B和微动开关连接板 8设置在操作箱箱体的底座上，微动开关固定在微动开关连接板上，定位块B底部钻垂直孔 使其与水平孔相通，将弹簧与伸缩杆放入垂直孔中，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四 杆机构中的固定杆固定在定位块B上，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四杆机构中的 固定杆固定在定位块B上。硬件通过串行接口与上位机软件部分进行通信。向前扳动操纵杆G26，通过四杆机 构带动推杆7穿过定位块A2和定位块B3的水平孔向前运动，直到推杆7的末端接触到微 动开关1，使微动开关1的电平输出由低电平变成高电平，伸缩杆5在弹簧4的作用下，向 上运动至推杆7的后凹槽中，使四杆机构定位。往回扳动操纵杆G26，推杆7末端将微动开 关1复位，使微动开关1的电平输出由高电平变成低电平。推杆7压住伸缩杆5直到操纵 杆⑵6回到原位，此时伸缩杆5向上运动至推杆7的前凹槽，使四杆机构复位。电平变化信 号在电路板6中经过滤波、放大、A/D转换后送入单片机处理，形成相应的控制指令通过串 行通信送入上位机软件系统以控制软件部分Visual Basic6. 0界面中的相应控件，从而控制虚拟水平定向钻机钻机的动作。按下按钮、旋转调速旋钮A13、B14时，相应的信号变化在 电路板6经过滤波、放大、A/D转换后送入单片机处理，形成相应的控制指令通过串行通信 送入上位机软件系统以控制软件部分Visual Basic6. 0界面中的相应控件。向前扳动操纵杆A17，通过四杆机构带动三凹槽推杆19穿过定位块A2和定位块 B3的水平孔向前运动，直到三凹槽推杆19的末端接触到微动开关A20，使微动开关A20的 电平输出由低电平变成高电平，伸缩杆5在弹簧4的作用下，向上运动至三凹槽推杆19的 中凹槽19-2中，使四杆机构定位。继续向前扳动操纵杆A17，使三凹槽推杆19的末端接触 到微动开关B21，使两个微动开关的输出均为高电平，伸缩杆5顶到三凹槽推杆19的后凹槽 中19-1，使四杆机构定位。当操纵杆A17处于原位时，两个微动开关均输出低电平。具体的操作流程如下1.打开在计算机上安装好的上位机虚拟水平定向钻机软件，点击进入系统；2.按下按钮开关A9，将钻机图片导入到系统中；3.扳动操纵杆A17，控制钻机的整体前进、后退或停止；4.待钻机停止移动后，扳动操纵杆C22，使钻机伸出支腿；5.通过键盘16输入钻进角度；6.按下按钮开关B10，开启高速马达；7.扳动操纵杆D23，控制高速马达的正反转；8.通过键盘16输入钻头角度；9.按下按钮开关C11，开启动力头开关；10.扳动操纵杆E24，使动力头给进或回拖(注意此时前、后夹紧器均处于松开状 态)；11.待动力头回拖完毕，扳动操纵杆F25和操纵杆G26，使前夹紧器和后夹紧器处 于夹紧状态；12.按下按钮开关D12，完成卸扣动作；13.扳动操纵杆B18，控制钻机下钻杆和上钻杆；14.各个速度值和角度值在液晶屏15上显示；15.操作完成，按下按钮开关A9，退出系统。
权利要求
1.一种应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于包括软件与硬件，硬 件通过串行接口与软件进行通信；所述的软件为包含有水平定向钻机的三维模型、并根据钻机的操作顺序完成控制界面 的，编写相应脚本程序实现钻机的各种动作的软件；所述的硬件部分包括操纵杆、按钮开关、调速旋钮、键盘、显示装置、以及操作箱箱体， 操纵杆控制钻机的各种运动动作，按钮开关作为各种动力电源开关；调速旋钮用于调节钻机的各种速度；键盘用于输入钻机的各种参数；显示装置用于显示钻机的速度值和角度值；按钮开关、调速旋钮、键盘以及显示装置均安装在操作箱的操作面板上；操作杆、按钮开关和调速旋钮的输出信号经信号调理电路送入单片机处理后通过串口 与软件部分进行通信，以控制虚拟水平定向钻机模型的动作，电路板安放在操作箱底座上， 键盘、显示装置分别与单片机相连。
2.根据权利要求1所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于所 述的操作杆分别控制钻机前后液压支腿的伸出和收回、钻杆的给进回拖和停止、前夹紧机 构的夹紧和松开、后夹紧机构的夹紧和松开、控制上钻杆和下钻杆、钻杆的正转反转和钻杆 停止、钻机整体的前后移动和停止。
3.根据权利要求2所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于操 纵杆运动部件包括操纵杆四杆机构、定位块A、定位块B、微动开关、微动开关连接板、定位 弹簧以及伸缩杆，定位块A、定位块B和微动开关连接板设置在操作箱箱体的底座上，微动 开关固定在微动开关连接板上，定位块B底部钻垂直孔使其与水平孔相通，将弹簧与伸缩 杆放入垂直孔中，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四杆机构中的固定杆固定在定位块B 上，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四杆机构中的固定杆固定在定位块B上。
4.根据权利要求3所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于通 过微动开关检测操纵杆的状态，当操纵杆复位时，微动开关输出低电平；当推动操纵杆时， 将微动开关置位，输出高电平。
5.根据权利要求1至4任何一项所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其 特征在于所述的微动开关为铰链轮式杆型微动开关。
6.根据权利要求5所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于所 述的调速旋钮分别调节钻机高速马达的转速和钻机进给、回拖速度。
7.根据权利要求6所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于由 键盘输入的钻机的参数包括钻进角度和钻头角度。
8.根据权利要求7所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于所 述的按钮开关分别控制钻机的启动和停止、高速马达的开关、动力头启动以及卸扣。
9.根据权利要求8所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于软 件部分使用SolidWorks对水平定向钻机进行三维建模，经VRML处理后将虚拟钻机模型导 入到 Visual Basic6. 0 中。
全文摘要
本发明公开了一种水平定向钻机虚拟现实实训系统，包括软件部分和硬件部分。软件部分使用SolidWorks对水平定向钻机进行三维建模，经VRML处理后将虚拟水平定向钻机模型导入到Visual Basic6.0，并开发上位机控制界面，编写程序实现虚拟钻机的各种动作。硬件部分通过操作各个操纵杆、按钮开关、调速旋钮以及键盘实现对软件部分各个控件的控制，进而控制虚拟水平定向钻机的各种动作。本发明的有益效果是，可以帮助水平定向钻机操作人员提高其操作熟练程度，避免培训操作人员时对钻机造成损坏，且成本低、安全高效。
文档编号G09B9/00GK102110381SQ20111003885
公开日2011年6月29日 申请日期2011年2月16日 优先权日2011年2月16日
发明者刘伟, 刘小浩, 文国军, 李磊明, 赵学奇 申请人:中国地质大学(武汉)
技术领域：
本发明涉及一种虚拟现实实训系统，尤其是一种应用于水平定向钻机的虚拟现实 实训系统。
背景技术：
近年来，水平定向钻进技术发展迅猛，随着其应用领域的不断拓展，对水平定向钻 机操作人员的需求与日俱增，技术要求也在不断的提高。同时，由于水平定向钻进工程在地 面下进行，实习操作人员不能实时地看到钻进情况，对钻机操作和实际钻进过程的关联性 缺乏系统全面的理解和认识。因此，必须设法培训相当数量的操作人员并提高其操作钻机 的熟练程度，这样才能保证定向钻进工程的顺利完成。且由于钻机成本昂贵，一旦由于操作 人员错误操作，极可能引起钻机本身的故障或者工程的停止，故亟需利用水平定向钻机的 虚拟现实实训系统来进行水平定向钻机的实训工作，使司钻人员在进行实际钻进前就能充 分熟悉水平定向钻机上的各项操作。但目前尚无此类虚拟实训产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处而提出一种低成本、 安全有效的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于包括软件与硬件，硬 件通过串行接口与软件进行通信；所述的软件为包含有水平定向钻机的三维模型、并根据钻机的操作顺序完成控制 界面的，编写相应脚本程序实现钻机的各种动作的软件；所述的硬件部分包括操纵杆、按钮开关、调速旋钮、键盘、显示装置、以及操作箱箱 体，操纵杆控制钻机的各种运动动作，按钮开关作为各种动力电源开关；调速旋钮用于调节钻机的各种速度；键盘用于输入钻机的各种参数；显示装置用于显示钻机的速度值和角度值；按钮开关、调速旋钮、键盘以及显示装置均安装在操作箱的操作面板上；操作杆、按钮开关和调速旋钮的输出信号经信号调理电路送入单片机处理后通过 串口与软件部分进行通信，以控制虚拟水平定向钻机模型的动作，电路板安放在操作箱底 座上，键盘、显示装置分别与单片机相连。所述的操作杆分别控制钻机前后液压支腿的伸出和收回、钻杆的给进回拖和停 止、前夹紧机构的夹紧和松开、后夹紧机构的夹紧和松开、控制上钻杆和下钻杆、钻杆的正 转反转和钻杆停止、钻机整体的前后移动和停止。所述的操作杆包括7个。控制钻杆正转反转和钻杆停止的操纵杆A和控制钻机整体的前后移动和停止的操纵杆B实现三个状态位，其余操纵杆只实现两个状态位。操纵杆运动部件包括操纵杆四杆机构、定位块A、定位块B、微动开关、微动开关连 接板、定位弹簧以及伸缩杆，定位块A、定位块B和微动开关连接板设置在操作箱箱体的底 座上，微动开关固定在微动开关连接板上，定位块B底部钻垂直孔使其与水平孔相通，将弹 簧与伸缩杆放入垂直孔中，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四杆机构中的固定杆固定 在定位块B上，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四杆机构中的固定杆固定在定位块B 上。扳动操纵杆时，操纵杆带动推杆穿过定位块A和定位块B的水平孔运动直到推杆 末端将铰链轮式杆型微动开关置位，此时伸缩杆在弹簧的作用下向上运动至推杆的后凹槽 中，从而将四杆机构定位。往回扳动操纵杆时，推杆末端将铰链轮式杆型微动开关复位，推 杆压住伸缩杆直到操纵杆回到原位，此时伸缩杆向上运动至推杆的前凹槽中，使四杆机构 复位。操纵杆A和操纵杆B实现三个状态位，在相应的微动开关连接板上安装两个铰链轮 式杆型微动开关，相应的推杆有三个凹槽，实现三个状态位的转换两个铰链轮式杆型微动 开关均复位、其中一个置位另一个复位、两个均置位。其余的操纵杆实现两个状态位，相应 的微动开关连接板上安装一个铰链轮式杆型微动开关，相应的推杆有两个凹槽。通过微动开关检测操纵杆的状态，当操纵杆复位时，微动开关输出低电平；当推动 操纵杆时，将微动开关置位，输出高电平。所述的微动开关为铰链轮式杆型微动开关。所述的调速旋钮分别调节钻机高速马达的转速和钻机进给、回拖速度。由键盘输入的钻机的参数包括钻进角度和钻头角度。所述的按钮开关分别控制钻机的启动和停止、高速马达的开关、动力头启动以及 卸扣。所述的软件部分系采用SolidWorks对水平定向钻机进行三维建模，经VRML处理 后将虚拟钻机模型导入到采用Visual Basic6. O开发的软件中。综上所述，本发明的优点在于本发明的有益效果是，可以帮助水平定向钻机操作人员提高其操作熟练程度，避 免培训操作人员时对钻机造成损坏，且成本低、安全高效。
图1是本发明的整体结构图；图2是本发明的硬件部分结构原理图；图3是本发明的硬件部分二维装配图左视图；图4是本发明的硬件部分二维装配图俯视图；图5是本发明的三凹槽推杆的零件图；其中1-微动开关、2-定位块A、3_定位块B、4_弹簧、5_伸缩杆、6_电路板、7_推 杆、8-微动开关连接板、9-按钮开关A、10-按钮开关B、ll-按钮开关C、12-按钮开关D、 13-调速旋钮A、14-调速旋钮B、15-液晶屏、16-键盘、17-操纵杆A、18-操纵杆B、19-三凹 槽推杆、20-微动开关A、21-微动开关B、22-操纵杆C、23-操纵杆D、24-操纵杆E、25-操纵 杆F、26-操纵杆G。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。一种如图1-5所示的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，包括软件与硬 件，硬件通过串行接口与软件进行通信；所述的软件为包含有水平定向钻机的三维模型、并根据钻机的操作顺序完成控 制界面的，编写相应脚本程序实现钻机的各种动作的软件；软件部分利用SolidWorks对 水平定向钻机建模，再将模型另存为VRML文件(.wrl格式)后分别导入到Cosmo Worlds 和Vrmlpad中处理。处理后的三维模型通过Visual Basic6. O高级控件导入到Visual Basic6. O可视化软件开发环境中，并设计软件控制界面。该软件控制界面包括钻机整体 移动和停止、支腿伸出或缩回、钻机工作角度确定、钻杆正反转及其速度调节、钻头角度确 定、动力头进给与回拖、夹紧器夹紧与松开、卸扣、上或下钻杆、开机和退出。所述的硬件部分包括操纵杆、按钮开关、调速旋钮、键盘、显示装置、以及操作箱箱 体，操纵杆控制钻机的各种运动动作，按钮开关作为各种动力电源开关；调速旋钮用于调节钻机的各种速度；键盘用于输入钻机的各种参数；显示装置用于显示钻机的速度值和角度值；按钮开关、调速旋钮、键盘以及显示装置均安装在操作箱的操作面板上；操作杆、按钮开关和调速旋钮的输出信号经信号调理电路送入单片机处理后通过 串口与软件部分进行通信，以控制虚拟水平定向钻机模型的动作，电路板安放在操作箱底 座上，所述的键盘、显示装置与单片机相连。所述的操作杆分别控制钻机前后液压支腿的伸出和收回、钻杆的给进回拖和停 止、前夹紧机构的夹紧和松开、后夹紧机构的夹紧和松开、控制上钻杆和下钻杆、钻杆的正 转反转和钻杆停止、钻机整体的前后移动和停止。所述的操作杆包括7个。控制钻杆正转反 转和钻杆停止的操纵杆A和控制钻机整体的前后移动和停止的操纵杆B实现三个状态位， 其余操纵杆只实现两个状态位。操纵杆运动部件包括操纵杆四杆机构、定位块A、定位块B、 微动开关、微动开关连接板8、定位弹簧以及伸缩杆，定位块A、定位块B和微动开关连接板 8设置在操作箱箱体的底座上，微动开关固定在微动开关连接板上，定位块B底部钻垂直孔 使其与水平孔相通，将弹簧与伸缩杆放入垂直孔中，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四 杆机构中的固定杆固定在定位块B上，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四杆机构中的 固定杆固定在定位块B上。硬件通过串行接口与上位机软件部分进行通信。向前扳动操纵杆G26，通过四杆机 构带动推杆7穿过定位块A2和定位块B3的水平孔向前运动，直到推杆7的末端接触到微 动开关1，使微动开关1的电平输出由低电平变成高电平，伸缩杆5在弹簧4的作用下，向 上运动至推杆7的后凹槽中，使四杆机构定位。往回扳动操纵杆G26，推杆7末端将微动开 关1复位，使微动开关1的电平输出由高电平变成低电平。推杆7压住伸缩杆5直到操纵 杆⑵6回到原位，此时伸缩杆5向上运动至推杆7的前凹槽，使四杆机构复位。电平变化信 号在电路板6中经过滤波、放大、A/D转换后送入单片机处理，形成相应的控制指令通过串 行通信送入上位机软件系统以控制软件部分Visual Basic6. 0界面中的相应控件，从而控制虚拟水平定向钻机钻机的动作。按下按钮、旋转调速旋钮A13、B14时，相应的信号变化在 电路板6经过滤波、放大、A/D转换后送入单片机处理，形成相应的控制指令通过串行通信 送入上位机软件系统以控制软件部分Visual Basic6. 0界面中的相应控件。向前扳动操纵杆A17，通过四杆机构带动三凹槽推杆19穿过定位块A2和定位块 B3的水平孔向前运动，直到三凹槽推杆19的末端接触到微动开关A20，使微动开关A20的 电平输出由低电平变成高电平，伸缩杆5在弹簧4的作用下，向上运动至三凹槽推杆19的 中凹槽19-2中，使四杆机构定位。继续向前扳动操纵杆A17，使三凹槽推杆19的末端接触 到微动开关B21，使两个微动开关的输出均为高电平，伸缩杆5顶到三凹槽推杆19的后凹槽 中19-1，使四杆机构定位。当操纵杆A17处于原位时，两个微动开关均输出低电平。具体的操作流程如下1.打开在计算机上安装好的上位机虚拟水平定向钻机软件，点击进入系统；2.按下按钮开关A9，将钻机图片导入到系统中；3.扳动操纵杆A17，控制钻机的整体前进、后退或停止；4.待钻机停止移动后，扳动操纵杆C22，使钻机伸出支腿；5.通过键盘16输入钻进角度；6.按下按钮开关B10，开启高速马达；7.扳动操纵杆D23，控制高速马达的正反转；8.通过键盘16输入钻头角度；9.按下按钮开关C11，开启动力头开关；10.扳动操纵杆E24，使动力头给进或回拖(注意此时前、后夹紧器均处于松开状 态)；11.待动力头回拖完毕，扳动操纵杆F25和操纵杆G26，使前夹紧器和后夹紧器处 于夹紧状态；12.按下按钮开关D12，完成卸扣动作；13.扳动操纵杆B18，控制钻机下钻杆和上钻杆；14.各个速度值和角度值在液晶屏15上显示；15.操作完成，按下按钮开关A9，退出系统。
权利要求
1.一种应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于包括软件与硬件，硬 件通过串行接口与软件进行通信；所述的软件为包含有水平定向钻机的三维模型、并根据钻机的操作顺序完成控制界面 的，编写相应脚本程序实现钻机的各种动作的软件；所述的硬件部分包括操纵杆、按钮开关、调速旋钮、键盘、显示装置、以及操作箱箱体， 操纵杆控制钻机的各种运动动作，按钮开关作为各种动力电源开关；调速旋钮用于调节钻机的各种速度；键盘用于输入钻机的各种参数；显示装置用于显示钻机的速度值和角度值；按钮开关、调速旋钮、键盘以及显示装置均安装在操作箱的操作面板上；操作杆、按钮开关和调速旋钮的输出信号经信号调理电路送入单片机处理后通过串口 与软件部分进行通信，以控制虚拟水平定向钻机模型的动作，电路板安放在操作箱底座上， 键盘、显示装置分别与单片机相连。
2.根据权利要求1所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于所 述的操作杆分别控制钻机前后液压支腿的伸出和收回、钻杆的给进回拖和停止、前夹紧机 构的夹紧和松开、后夹紧机构的夹紧和松开、控制上钻杆和下钻杆、钻杆的正转反转和钻杆 停止、钻机整体的前后移动和停止。
3.根据权利要求2所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于操 纵杆运动部件包括操纵杆四杆机构、定位块A、定位块B、微动开关、微动开关连接板、定位 弹簧以及伸缩杆，定位块A、定位块B和微动开关连接板设置在操作箱箱体的底座上，微动 开关固定在微动开关连接板上，定位块B底部钻垂直孔使其与水平孔相通，将弹簧与伸缩 杆放入垂直孔中，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四杆机构中的固定杆固定在定位块B 上，操纵杆四杆机构中的推杆上有凹槽，四杆机构中的固定杆固定在定位块B上。
4.根据权利要求3所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于通 过微动开关检测操纵杆的状态，当操纵杆复位时，微动开关输出低电平；当推动操纵杆时， 将微动开关置位，输出高电平。
5.根据权利要求1至4任何一项所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其 特征在于所述的微动开关为铰链轮式杆型微动开关。
6.根据权利要求5所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于所 述的调速旋钮分别调节钻机高速马达的转速和钻机进给、回拖速度。
7.根据权利要求6所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于由 键盘输入的钻机的参数包括钻进角度和钻头角度。
8.根据权利要求7所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于所 述的按钮开关分别控制钻机的启动和停止、高速马达的开关、动力头启动以及卸扣。
9.根据权利要求8所述的应用于水平定向钻机的虚拟现实实训系统，其特征在于软 件部分使用SolidWorks对水平定向钻机进行三维建模，经VRML处理后将虚拟钻机模型导 入到 Visual Basic6. 0 中。
全文摘要
本发明公开了一种水平定向钻机虚拟现实实训系统，包括软件部分和硬件部分。软件部分使用SolidWorks对水平定向钻机进行三维建模，经VRML处理后将虚拟水平定向钻机模型导入到Visual Basic6.0，并开发上位机控制界面，编写程序实现虚拟钻机的各种动作。硬件部分通过操作各个操纵杆、按钮开关、调速旋钮以及键盘实现对软件部分各个控件的控制，进而控制虚拟水平定向钻机的各种动作。本发明的有益效果是，可以帮助水平定向钻机操作人员提高其操作熟练程度，避免培训操作人员时对钻机造成损坏，且成本低、安全高效。
文档编号G09B9/00GK102110381SQ20111003885
公开日2011年6月29日 申请日期2011年2月16日 优先权日2011年2月16日
发明者刘伟, 刘小浩, 文国军, 李磊明, 赵学奇 申请人:中国地质大学(武汉)
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