CN104060856B - 一种基于创新型教学模式的多功能智能教室 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于创新型教学模式的多功能智能教室，包括框架，所述的框架内设有桌椅和用于放置桌椅的盖板，所述的盖板的下侧连接有用于使所述的盖板升降的升降机构，所述的升降机构上设有用于将所述的升降机构锁紧的锁紧机构，所述的框架上连接有用于移动所述的桌椅的运送机构，所述的运送机构包括移动单元和设置在所述的移动单元上的机械手，所述的机械手用于抓取桌椅。本发明旨在提供一种可以灵活变换桌椅位置的基于创新型教学模式的多功能智能教室。
Description
技术领域
本发明涉及教学设备领域，特别是一种可以灵活变换桌椅位置的基于创新型教学模式的多功能智能教室。
背景技术
随着社会经济的发展，以及教育本身的不断进步与提高，人们对教育的期望和需求也越来越大，如何提高教学质量也成为我们要面临的首要问题。在当前的课堂教学中，教室的课桌椅大多都是固定不变的，这种摆放方式适合于讲解式课堂，适合于以教师为主体的课堂，但学生在这样的课堂上是一种被动的倾听的角色，所以它存在着一些弊端。首先，单一的摆放形式呈现出相对静态化的状态，不符合学生求新求异的心理，容易使学生产生厌烦情绪，进而影响学生的学习积极性。其次，这种摆放形式无形中将课堂楚汉分界，把教师和学生划成了两个部分，影响了师生之间的交流，而学生之间的交流也仅限于小范围(前后或左右)，这种缺乏交流的课堂沿袭的是旧有的注入式或填鸭式教学模式，与当前课程改革的新理念新形势不能接轨。
不同形式的桌椅摆放形式加强了课堂教学的动态感，创设宽松、和谐的学习环境，能使学生全身心地投入，自由地发表意见，自由地思考问题，符合现代学生积极参与主动学习的心理，能使学生产生较强的新鲜感，从而激发学生的学习积极性。桌椅摆放的改变即教学环境的改变创设，需要教师更全面、精细地关注学生在学习活动的行为表现，只有这样，才能使学生真正能积极、主动、自觉地投入到学习中来。所以说设计这样一款基于创新型教学模式的多功能智能教室是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以灵活变换桌椅位置的基于创新型教学模式的多功能智能教室。
本发明提供的技术方案为：一种基于创新型教学模式的多功能智能教室，包括框架，所述的框架内设有桌椅和用于放置桌椅的盖板，所述的盖板的下侧连接有用于使所述的盖板升降的升降机构，所述的升降机构上设有用于将所述的升降机构锁紧的锁紧机构，所述的框架上连接有用于移动所述的桌椅的运送机构，所述的运送机构包括移动单元和设置在所述的移动单元上的机械手，所述的机械手用于抓取桌椅。
在上述的基于创新型教学模式的多功能智能教室中，所述的升降机构包括机架、设置在所述的机架四个角上的四根导杆、第一电机、齿条和与所述的齿条配合的齿轮，所述的盖板设置在所述的机架上，所述的导杆和齿条固定在所述的框架上，所述的齿条垂直对称设置在所述的机架的两侧，所述的齿轮与所述的第一电机的动力输出端连接。
在上述的基于创新型教学模式的多功能智能教室中，所述的锁紧机构包括滑轨、舵机和挡片，所述的滑轨竖直设置在所述的框架两侧，所述的机架与所述的滑轨活动连接，所述的滑轨的预设位置处设有舵机，所述的舵机的动力输出端连接有挡片，所述的机架上与滑轨的连接部设有与所述的挡片配合的卡合部。
在上述的基于创新型教学模式的多功能智能教室中，所述的移动单元包括前后移动结构和连接在所述的前后移动结构上的左右移动结构，所述的前后移动结构包括水平设置在所述的框架两侧的光杆、活动套接在所述的光杆上的轴承、第二电机、与所述的轴承连接的第一同步带，所述的第一同步带与所述的第二电机的动力输出端连接，所述的第二电机用于通过第一同步带驱动轴承沿光杆滑动。
在上述的基于创新型教学模式的多功能智能教室中，所述的轴承为直线轴承，所述的第二电机的数量为两个，分设在所述的框架的两侧。
在上述的基于创新型教学模式的多功能智能教室中，所述的左右移动结构包括导轨、滑块、第二同步带和第三电机，所述的导轨固定连接在所述的轴承上，所述的滑块与第二同步带相连，所述的第二同步带与所述的第三电机的动力输出端连接，所述的第三电机用于通过第二同步带驱动滑块沿导轨滑动，所述的机械手设置在所述的滑块上。
在上述的基于创新型教学模式的多功能智能教室中，所述的机械手包括升降电机、旋转电机、丝杆和丝杆螺母，所述的升降电机的动力输出端与所述的丝杆配合，所述的丝杆与所述的丝杆螺母配合，所述的丝杆螺母与旋转电机连接，所述的旋转电机上连接有用于抓取所述的桌椅的固定装置。
在上述的基于创新型教学模式的多功能智能教室中，所述的机械手包括升降电机、旋转电机、旋转平台、丝杆和丝杆螺母，所述的升降电机的动力输出端与所述的丝杆连接，所述的丝杆与所述的丝杆螺母配合，所述的丝杆螺母与旋转电机连接，所述的旋转平台设置在所述的旋转电机的动力输出端上，所述的盖板设有多条供机械手移动的沟槽。
本方案的优点在于：1)移动单元采用二维平面坐标定位原理，可精准运动到每个指定点位，定位更精确。
2)前后移动结构采用直线轴承滑动，减少摩擦力，使机构运动速度加快。
3)升降机构采用齿轮齿条传动，传动平稳性更好。
4)该产品具有自动化程度高，识别准确、速度快、效率高等特点。
5)生产成本低，制造简单，使用方便。
附图说明
图1是本发明具体实施例1和2的前视图；
图2是本发明具体实施例1和2的右视图；
图3是本发明具体实施例1的机械手的结构图；
图4是本发明具体实施例1的标准模式下的俯视图；
图5是本发明具体实施例2的机械手的结构图；
图6是本发明具体实施例2的标准模式下的俯视图；
图7是本发明具体实施例2的讨论模式下的俯视图；
图8是本发明具体实施例2的会议模式下的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
具体实施例1
如图1～4所示，一种基于创新型教学模式的多功能智能教室，包括框架1，所述的框架1内设有桌椅2和用于放置桌椅的盖板3，在本实施例所述的智能教室中还设有固定的讲台7，所述的盖板3的下侧连接有用于使所述的盖板3升降的升降机构4，所述的升降机构4上设有用于将所述的升降机构4锁紧的锁紧机构5，所述的框架1上连接有用于移动所述的桌椅2的运送机构6，所述的运送机构6包括移动单元61和设置在所述的移动单元61上的机械手62，所述的机械手62用于抓取桌椅2，其中，所述的升降机构4包括机架41、设置在所述的机架41四个角上的四根导杆42、第一电机43、齿条44和与所述的齿条44配合的齿轮45，所述的盖板3设置在所述的机架41上，所述的导杆42和齿条44固定在所述的框架1上，所述的齿条44垂直对称设置在所述的机架41的两侧，所述的齿轮45与所述的第一电机43的动力输出端连接，所述的锁紧机构5包括滑轨51、舵机52和挡片53，所述的滑轨51竖直设置在所述的框架1两侧，所述的机架41与所述的滑轨51活动连接，所述的滑轨51的预设位置处设有舵机52，所述的舵机52的动力输出端连接有挡片53，所述的机架41与滑轨51的连接部设有与所述的挡片53配合的卡合部，所述的移动单元61包括前后移动结构和连接在所述的前后移动结构上的左右移动结构，所述的前后移动结构包括水平设置在所述的框架两侧的光杆611、活动套接在所述的光杆611上的轴承612、第二电机613、与所述的轴承612连接的第一同步带614，所述的第一同步带614与所述的第二电机613的动力输出端连接，所述的第二电机613用于通过第一同步带614驱动轴承沿光杆611滑动，优选地，所述的轴承612为直线轴承，所述的第二电机613的数量为两个，分设在所述的框架1的两侧，在本实施例中，所述的左右移动结构包括导轨615、滑块616、第二同步带617和第三电机618，所述的导轨615固定连接在所述的轴承612上，所述的滑块616与第二同步带617相连，所述的第二同步带617与所述的第三电机618的动力输出端连接，所述的第三电机618用于通过第二同步带617驱动滑块616沿导轨615滑动。
在本实施例中，具体如图3所示，所述的机械手62包括升降电机621、旋转电机622、丝杆623和丝杆螺母624，所述的升降电机621的动力输出端与所述的丝杆623配合，所述的丝杆623与所述的丝杆螺母624配合，所述的丝杆螺母624与旋转电机622连接，所述的旋转电机622上连接有用于抓取所述的桌椅2的固定装置625。该固定装置625可以是增设一个电机，通过电机的转动使机械抓取的机构松或者紧，当然也可以采用简单的构造，比如，该固定装置625为一X形支架，桌椅上设有对应的X形孔洞，在固定时支架深入到孔洞中并向一个方向偏离一定的位置锁紧就可以达到固定桌椅移动和旋转桌椅的目的，当然，本发明不仅仅限定机械手为上述结构，在机械领域中，常用的机械手均可应用于本发明，特别地，上述机械手具有结构简单，造价低的优势。
在实际应用中，用户选择需要的模式，比如如图4所示，用户选择标准模式，舵机52逆时针旋转15度，挡片离开卡合部，离开锁紧位置，第一电机43带动盖板3下降，第二电机613带动第一同步带614使轴承612运行到设定的X值的位置，第三电机618带动第二同步带617转动，使滑块616运行到指定的Y值的位置，机械手62的升降电机621带动丝杆623，使丝杆螺母624下降，固定装置625固定桌椅2，升降电机621再次带动丝杆623，使丝杆螺母624上升，旋转电机622带动固定装置625旋转，桌椅2旋转到指定的方位，然后第三电机618使桌椅2到达设定的目标Y值的位置，第二电机613使桌椅2到达设定的目标X值的位置，升降电机621再次带动丝杆623，使丝杆螺母624下降，固定装置625松开桌椅2，桌椅2摆放到位，如此反复，直到所有的桌椅2放置到位，然后第一电机43带动盖板3上升到预设位置，舵机52顺时针旋转15度，挡片53到达卡合部，锁紧整个装置。
用户可以根据需要写入讨论模式、会议模式等不同的桌椅摆放模式，具体原理如上，不再敷述。
具体实施例2
如图1、2、5和6所示，与具体实施例1相同，不同的地方在于盖板3和机械手62不同，不同点在于，如图5所示，所述的机械手包括升降电机621、旋转电机622、旋转平台626、丝杆623和丝杆螺母624，所述的升降电机621的动力输出端与所述的丝杆623连接，所述的丝杆623与所述的丝杆螺母624配合，所述的丝杆螺母624与旋转电机622连接，所述的旋转平台626设置在所述的旋转电机622的动力输出端上，所述的盖板3设有多条供机械手移动的沟槽31。
如图6所示，在本实施例中，机械手62是从盖板3下部伸出，通过旋转电机622带动旋转平台626旋转，进而使旋转平台626上的桌椅2旋转，为了达到这个目的还需要在盖板3上设置供机械手62移动的沟槽31，在实际使用中，为了使地面更加美观，在盖板3的下部还可以设置与沟槽31配合的辅助盖板，当盖板3上升到固定位置时，辅助盖板同样上升到同样的高度，填充在沟槽31中，使地面成为一个无缺口的平面。
在实际应用中，用户选择需要的模式，比如如图6所示，用户选择标准模式，舵机52逆时针旋转15度，挡片53离开卡合部，离开锁紧位置，第一电机43带动盖板3下降，第二电机613带动第一同步带614使轴承612运行到设定的X值的位置，第三电机618带动第二同步带617转动，使滑块616运行到指定的Y值的位置，机械手62的升降电机621带动丝杆623，使丝杆螺母624上升，旋转电机622上升，旋转平台626支撑桌椅2，然后第三电机618和第二电机613带动桌椅2沿沟槽到达指定的目标Y值和目标X值，旋转电机622旋转使桌椅2的方向改变，升降电机621带动丝杆623下降，桌椅2摆放到位，如此反复，直到所有的桌椅2放置到位，然后第一电机43带动盖板3上升到预设位置，舵机52顺时针旋转15度，挡片53到达卡合部，锁紧整个装置。
如图7和8所示的为讨论模式和会议模式，具体原理如上，不再敷述。
在上述的具体实施例1和2中，第二电机613、第三电机618、升降电机和旋转电机为步进电机，第一电机为直流电机，第一电机43、第二电机613、第三电机618、升降电机和旋转电机通过主控芯片进行控制，控制芯片选择为ATmel公司的ATmaga16，ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16具有16K字节的系统内可编程Flash，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器T/C,片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益TQFP封装的ADC，一个SPI串行端口。目前，AVR已被广泛用于：空调控制板，打印机控制板，智能电表，医疗设备等场合，完全符合本实施例对主控芯片的要求。主控芯片的存储器中可存入多种桌椅安排模式，比如标准模式、讨论模式和会议模式等，用户可以根据需要写入相应的模式的程序。为了更加精确的对步进电机进行控制，每个步进电机还相应设置有一个步进电机驱动芯片，本实施例中，采用东芝公司的THB6560部件电机驱动芯片，其主要特点有：内部集成双全桥MOSFET驱动；最高耐压40V，单相输出最大电流3.5A峰值；具有整步、1/2、1/8、1/16细分方式；内置温度保护芯片，温度大于150℃时自动断开所有输出；具有过流保护；采用HZIP25封装。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于创新型教学模式的多功能智能教室，包括框架(1)，所述的框架(1)内设有桌椅(2)和用于放置桌椅(2)的盖板(3)，其特征在于，所述的盖板(3)的下侧连接有用于使所述的盖板(3)升降的升降机构(4)，所述的升降机构(4)上设有用于将所述的升降机构(4)锁紧的锁紧机构(5)，所述的框架(1)上连接有用于移动所述的桌椅(2)的运送机构(6)，所述的运送机构(6)包括移动单元(61)和设置在所述的移动单元(61)上的机械手(62)，所述的机械手(62)用于抓取桌椅(2)。
2.根据权利要求1所述的基于创新型教学模式的多功能智能教室，其特征在于，所述的升降机构(4)包括机架(41)、设置在所述的机架(41)四个角上的四根导杆(42)、第一电机(43)、齿条(44)和与所述的齿条(44)配合的齿轮(45)，所述的盖板(3)设置在所述的机架(41)上，所述的导杆(42)和齿条(44)固定在所述的框架(1)上，所述的齿条(44)垂直对称设置在所述的机架(41)的两侧，所述的齿轮(45)与所述的第一电机(43)的动力输出端连接。
3.根据权利要求2所述的基于创新型教学模式的多功能智能教室，其特征在于，所述的锁紧机构(5)包括滑轨(51)、舵机(52)和挡片(53)，所述的滑轨(51)竖直设置在所述的框架(1)两侧，所述的机架(41)与所述的滑轨(51)活动连接，所述的滑轨(51)的预设位置处设有舵机(52)，所述的舵机(52)的动力输出端连接有挡片(53)，所述的机架(41)与滑轨(51)的连接部设有与所述的挡片(53)配合的卡合部。
4.根据权利要求1所述的基于创新型教学模式的多功能智能教室，其特征在于，所述的移动单元(61)包括前后移动结构和连接在所述的前后移动结构上的左右移动结构，所述的前后移动结构包括水平设置在所述的框架两侧的光杆(611)、活动套接在所述的光杆(611)上的轴承(612)、第二电机(613)、与所述的轴承(612)连接的第一同步带(614)，所述的第一同步带(614)与所述的第二电机(613)的动力输出端连接，所述的第二电机(613)用于通过第一同步带(614)驱动轴承沿光杆(611)滑动。
5.根据权利要求4所述的基于创新型教学模式的多功能智能教室，其特征在于，所述的轴承(612)为直线轴承，所述的第二电机(613)的数量为两个，分设在所述的框架(1)的两侧。
6.根据权利要求4所述的基于创新型教学模式的多功能智能教室，其特征在于，所述的左右移动结构包括导轨(615)、滑块(616)、第二同步带(617)和第三电机(618)，所述的导轨(615)固定连接在所述的轴承(612)上，所述的滑块(616)与第二同步带(617)相连，所述的第二同步带(617)与所述的第三电机(618)的动力输出端连接，所述的第三电机(618)用于通过第二同步带(617)驱动滑块(616)沿导轨(615)滑动，所述的机械手(62)设置在所述的滑块(616)上。
7.根据权利要求6所述的基于创新型教学模式的多功能智能教室，其特征在于，所述的机械手(62)包括升降电机(621)、旋转电机(622)、丝杆(623)和丝杆螺母(624)，所述的升降电机(621)的动力输出端与所述的丝杆(623)连接，所述的丝杆(623)与所述的丝杆螺母(624)配合，所述的丝杆螺母(624)与旋转电机(622)连接，所述的旋转电机(622)上连接有用于抓取所述的桌椅的固定装置(625)。
8.根据权利要求6所述的基于创新型教学模式的多功能智能教室，其特征在于，所述的机械手包括升降电机(621)、旋转电机(622)、旋转平台(626)、丝杆(623)和丝杆螺母(624)，所述的升降电机(621)的动力输出端与所述的丝杆(623)连接，所述的丝杆(623)与所述的丝杆螺母(624)配合，所述的丝杆螺母(624)与旋转电机(622)连接，所述的旋转平台(626)设置在所述的旋转电机(622)的动力输出端上，所述的盖板(3)设有多条供机械手移动的沟槽(31)。
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