周葉平，汪有韜，蘭清生，李婷婷，胡 誠

（江西省檢驗檢測認(rèn)證總院特種設(shè)備檢驗檢測研究院，江西 南昌 330052）

0 引言

電梯限速器是電梯一個非常重要的安全部件，是避免電梯轎廂（或者對重）超速運(yùn)行的重要安全保障裝置，也稱之為斷繩保護(hù)和超速保護(hù)裝置[1]。近年來，由電梯檢驗規(guī)則《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動電梯》（TSG T 7001—2009）增加：“檢驗人員現(xiàn)場觀察確認(rèn)電梯限速器校驗的過程”的要求，可見國家相關(guān)職能部門對電梯限速器校驗工作的重視程度[2-4]。然而迫于當(dāng)前電梯維保及檢驗的人機(jī)比矛盾，培訓(xùn)資金投入成本大等原因，電梯維保企業(yè)能夠投入到維保人員關(guān)于限速器校驗培訓(xùn)中的是極少的。同樣電梯檢驗檢測機(jī)構(gòu)也面臨嚴(yán)重的人機(jī)比矛盾，大部分檢驗人員疲于應(yīng)對日常的電梯檢驗工作，導(dǎo)致了電梯檢驗人員對電梯限速器校驗過程不熟悉；究其原因有：一方面是由于人機(jī)比矛盾突出；另一方面是電梯限速器校驗的培訓(xùn)難度大?？陀^原因是在電梯限速器校驗的培訓(xùn)過程中存在手指被擠壓、校驗儀器被損壞的風(fēng)險。當(dāng)前面臨用電梯的老齡化趨勢、電梯檢驗檢測市場的改革發(fā)展，亟需提高電梯維護(hù)保養(yǎng)人員、電梯檢驗人員的技術(shù)素養(yǎng)，迫切需要提高電梯相關(guān)從業(yè)人員的電梯限速器校驗技能，本文設(shè)計了一款基于VR 技術(shù)的電梯限速器培訓(xùn)系統(tǒng)，通過MAYA軟件對電梯機(jī)房、電梯限速器、限速器相關(guān)零部件、便攜式校驗儀及其輔助工具進(jìn)行建模，通過搭建VR 虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)環(huán)境，設(shè)計了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的限速器校驗培訓(xùn)系統(tǒng)，按照現(xiàn)場限速器檢驗操作流程還原校驗作業(yè)，達(dá)到了電梯限速器校驗培訓(xùn)的目的。

1 電梯限速器VR 培訓(xùn)系統(tǒng)方案

1.1 培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計

電梯限速器VR 培訓(xùn)系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1 所示，系統(tǒng)由三部分組成，分別是UI 框架設(shè)計、系統(tǒng)框架設(shè)計、音頻框架設(shè)計[5]。UI 框架設(shè)計包括登錄主界面UI、提示UI、校驗儀界面UI；系統(tǒng)框架設(shè)計包括數(shù)據(jù)模塊、設(shè)備（校驗儀）操作模塊、控制模塊；音頻框架設(shè)計包括：音頻輸出、音頻觸發(fā)、音頻控制。

圖1 電梯限速器VR 培訓(xùn)系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 手柄、頭戴式VR 設(shè)備

1.2 系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計

系統(tǒng)硬件平臺由手柄、頭戴式VR 設(shè)備、PC 主機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。系統(tǒng)基于Unity3D 引擎開發(fā)，以O(shè)culus Quest2 頭戴式VR 設(shè)備為互動媒介，主程序在windows 系統(tǒng)上運(yùn)行。

手柄、頭戴式VR 設(shè)備與PC 主機(jī)連接并進(jìn)行基礎(chǔ)配置，通過頭戴式設(shè)備與6 個高清攝像頭進(jìn)行定位，識別操作者周邊環(huán)境，采用可見光追蹤的手柄進(jìn)行手部交互。VR 眼鏡與操控手柄作為輸入設(shè)備產(chǎn)生移動、轉(zhuǎn)向、跳轉(zhuǎn)等位置與控制信息，經(jīng)主機(jī)圖形引擎處理，輸出影像、動畫和聲音等信號[6-8]。

系統(tǒng)操作主要使用到VR 手柄上的搖桿按鍵（搖桿具有圓周方向上的扳動，系統(tǒng)設(shè)計左手手柄向北方向扳動即可激活曲線移動操作，右手手柄向北方向扳動即可激活直線選擇操作）、握持按鍵（虛擬環(huán)境下的手柄觸碰物品，按下握持按鍵即可抓取物體）、扳機(jī)按鍵（當(dāng)右手手柄直線觸發(fā)，并指到相應(yīng)物品或UI 界面時，可扣動扳機(jī)進(jìn)行選擇或確認(rèn)），如圖3 所示。

圖3 手柄操作動作

2 電梯限速器培訓(xùn)系統(tǒng)功能設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

電梯限速器VR 培訓(xùn)系統(tǒng)的虛擬場景包括素材采集、三維場景搭建、系統(tǒng)交互界面UI 設(shè)計。

2.1 虛擬場景建立

素材采集是指電梯機(jī)房、轎廂轎頂?shù)认匏倨餍ｒ炞鳂I(yè)真實(shí)環(huán)境場景、限速器校驗儀器設(shè)備、限速器、輔助設(shè)備的測量。

三維場景搭建是指基于素材采集的數(shù)據(jù)，利用3D 建模軟件進(jìn)行設(shè)備、作業(yè)場景的三維建模、材質(zhì)調(diào)節(jié)、貼圖制作。3D 模型是基于Unity3D 引擎實(shí)現(xiàn)電梯限速器校驗系統(tǒng)中的重要一環(huán)，3D 模型是虛擬場景中功能實(shí)現(xiàn)、場景運(yùn)行、效果展示基本組成部分。電梯限速器校驗培訓(xùn)系統(tǒng)中涉及模型是通過三維建模軟件Maya 完成[9-10]，圖4 為Maya 軟件建立的限速器三維模型。

圖4 限速器三維模型

2.2 系統(tǒng)交互界面UI 設(shè)計

系統(tǒng)以傳統(tǒng)頁面內(nèi)容的方式呈現(xiàn)，通過頭戴式顯示器和手柄進(jìn)行操作，依據(jù)操作者的位置、方向、手勢等三維空間中的行為完成交互任務(wù)。在教學(xué)模式下，系統(tǒng)會通過高亮、位置引導(dǎo)、語音提示等輔助功能，協(xié)助操作人員完成系統(tǒng)交互。通過Photoshop 軟件繪制交互制界面，將繪制的界面保存為png 格式后導(dǎo)入unity，然后到unity 進(jìn)行組拼，編寫并綁定代碼實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊或者切換的功能[11]。

3 電梯限速器培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用流程

進(jìn)入系統(tǒng)首先進(jìn)行模式選擇，選擇教學(xué)模式，視角下方出現(xiàn)提示界面，提示進(jìn)入電梯轎頂，后方出現(xiàn)傳送點(diǎn)，移動到傳送點(diǎn)到達(dá)電梯轎頂位置，如圖5 所示。

圖5 電梯間傳送點(diǎn)

進(jìn)入到電梯轎頂后，按照提示，通過夾具將限速器鋼絲繩（非固定安全鉗端）固定在轎頂護(hù)欄上，完成操作后根據(jù)提示返回機(jī)房，如圖6 所示。

圖6 夾具操作

根據(jù)提示電梯檢修向上運(yùn)行電梯，限速器上的鋼絲繩即可松脫，通過右手直線指示并扣動扳機(jī)確認(rèn)取下鋼絲繩，如圖7 所示。

圖7 取下限速器上的松脫鋼絲繩

限速器鋼絲繩取下后，啟動限速器校驗儀連接好傳感器后，設(shè)置校驗儀參數(shù)、選擇運(yùn)行方向后，通過手柄觸碰電機(jī)并按下握持按鍵即可拿起電機(jī)設(shè)備準(zhǔn)備進(jìn)行校驗，如圖8 所示。

圖8 啟動校驗儀

點(diǎn)擊開始測試后，將啟動好的電機(jī)轉(zhuǎn)頭觸碰限速器繩輪，帶動限速器輪轉(zhuǎn)動進(jìn)行校驗，如圖9 所示。

圖9 限速器校驗設(shè)備使用

當(dāng)限速器輪隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，當(dāng)速度達(dá)到一定值后，首先電氣開關(guān)斷開，速度繼續(xù)增大，隨后機(jī)械開關(guān)動作，完成一次限速器校驗，如圖10 所示。

圖10 限速器機(jī)械開關(guān)動作

根據(jù)校驗要求對校驗儀設(shè)備和限速器進(jìn)行復(fù)位后相繼完成三次試驗，三組試驗完成查看打印的數(shù)據(jù)單，如圖11 所示，反向校驗流程重復(fù)上述步驟。

圖11 查看數(shù)據(jù)單

4 結(jié)語

培訓(xùn)系統(tǒng)以電梯限速器、限速器校驗儀為對象，構(gòu)建電梯限速器VR 校驗培訓(xùn)系統(tǒng)，通過多種交互手段實(shí)現(xiàn)真實(shí)環(huán)境下的操作流程，并對其關(guān)鍵步驟及結(jié)果進(jìn)行狀態(tài)反饋，形成物理校驗環(huán)境，通過搭建VR虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)環(huán)境，設(shè)計了虛擬校驗環(huán)境、電梯限速器虛擬模型、限速器校驗交互方式。按照現(xiàn)場限速器檢驗操作流程還原校驗作業(yè)，達(dá)到了電梯限速器檢驗培訓(xùn)的目的。