CN107393375A

CN107393375A - 一种冒泡排序算法演示装置

Info

Publication number: CN107393375A
Application number: CN201710723948.3A
Authority: CN
Inventors: 陆思良; 周天昊; 苏杰; 张扬
Original assignee: Anhui University
Current assignee: Hefei Panshi Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2037-08-22
Also published as: CN107393375B

Abstract

本发明公开了一种冒泡排序算法演示装置，该装置包括展台模块、机械臂模块、移动平台模块和电脑。展台模块中，待排序物体放置在支架上；摄像头拍摄待排序物体；机械臂模块包括机械爪，T型手臂，升降平台和控制器；移动平台模块包括红外循迹传感器、标记、轨道和驱动电机；电脑与控制器、摄像头连接。本发明实现了冒泡排序算法的直观演示。以物体体积大小代表数字大小，根据冒泡排序算法，使用机械臂对待排序物体执行排序，并将初始顺序、排序过程及排序结果直观展示在电脑屏幕上。该装置具有结构简洁、操作方便、能够让观众直观理解冒泡排序算法执行过程等特点。

Description

一种冒泡排序算法演示装置

技术领域

本发明涉及科普教育领域，可用作教学仪器，具体是一种冒泡排序算法演示装置。

背景技术

随着科技的不断发展，科普展览的智能化水平也在不断提高，智能化展品成为展示的热点。

近年来，智能机器人技术成为展示的热点，其在展示智能化技术的同时，与观众交互，让观众亲身体验和感受智能技术给生产生活带来的改变。这些智能机器人多种多样，按照功能大致可以分为迎宾机器人、舞蹈机器人、功能特性展示机器人。但目前关于计算机算法的科普工作却少之又少，而且尚未出现关于算法的科普机器人。

排序是使一串记录按照其中的某个或某些关键字的大小，递增或递减的排列起来的操作，该操作在自动控制、网页搜索、办公文档操作等大量使用。排序算法，就是如何使得记录按照要求排列的方法，而冒泡排序算法就是一种基础和常用的计算机排序算法。

算法是当今智能领域的技术核心，是计算机科学、数学、电子电气等专业的重点掌握内容，但算法的学习过程是枯燥的，对于初学者学习难度自然很大，怎样才能学习的更有效率、更有成果才是关键。现代教学手段集声音文字图像于一体，更加丰富形象，但其并没有发生质的变化，只是用多媒体屏幕代替了黑板板书，教学方式及师生互动并未改进。国内关于算法的教授方式仍然停留在文字图像，甚至简单口述，直观的计算机算法实物教具也尚未出现。

发明内容

本发明的目的在于实现冒泡排序算法的直观演示，以物体体积大小代表数字大小，根据冒泡排序算法，使用机械臂对待排序物体执行排序，并将初始顺序、排序过程及排序结果直观展示在电脑屏幕上。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种冒泡排序算法演示装置，该装置包括展台模块、机械臂模块、移动平台模块和电脑；展台模块中，待排序物体放置在支架上；摄像头拍摄待排序物体；机械臂模块包括机械爪，T型手臂，升降平台和控制器；移动平台模块包括红外循迹传感器、标记、轨道和驱动电机；电脑与控制器、摄像头连接。

在本发明的一些实施例中，所述机械臂模块包括机械爪，T型手臂，升降平台和控制器。两只机械爪可抓取待排序物块，机械爪的中心间距与相邻两待排序物体的中心间距相同，机械爪与T型手臂相连；T型手臂与升降平台上的舵机相连，可在竖直方向上旋转，实现待排序物体的位置调换；舵机固定在升降平台上，升降平台的升降由丝杠电机实现，丝杠电机和两根光轴在平台上成三角形放置；控制器与电脑、舵机、丝杠电机、驱动电机、红外循迹传感器相连。

在本发明的一些实施例中，所述移动平台模块包括红外循迹传感器、标记、轨道和驱动电机。红外循迹传感器位于机器人底座前端，用于检测标记及定位；标记位于两根轨道中间，相邻两个标记的间距为相邻两待排序物体的中心间距；驱动电机位于机器人底座中间，用于实现水平方向的移动。

本发明中，以物体体积大小代表数字大小，根据冒泡排序算法，使用机械臂对待排序物体执行排序，并将初始顺序、排序过程及排序结果直观展示在电脑屏幕上。通过摄像头采集待排序物体图像，经过电脑图像处理，输送待排序物体顺序信息给控制器，控制器控制装置移动以及调换待排序物体，电脑端图形用户界面可实时显示初始状态以及排序过程，所有排序完成后，装置自动复位，用户只需在电脑端图形用户界面操作即可实现重复排序。

本发明具有的优点和积极效果为：

(1)本发明装置利用物体体积大小代表数字大小，将计算机程序软件执行的数字大小排序转化为大小物体的移动排序，能够让观众直观理解冒泡排序算法执行过程，具有寓教于乐，融教于趣等优点。

(2)本发明装置操作方便，大小物体的顺序由观众打乱，再由本发明装置还原，实现了人机互动，同时具有良好的图形用户界面能够将排序过程直观展示，提高了观众对计算机算法和科学技术的兴趣。

(3)本发明装置为模块化结构，结构简洁，方便拆装，尺寸大小可根据实际情况设计，既可做成大型装置用于科技馆等大型展厅，也可做成小型装置用于上课教室讲台演示。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的一种冒泡排序算法演示装置的整体结构示意图，其中，1为展台模块，2为机械臂模块，3为移动平台模块，4为电脑。

图2为本发明提出的一种冒泡排序算法演示装置的展台模块1示意图，其中，1-1为摄像头，1-2为待排序物块，1-3为支架。

图3为本发明提出的一种冒泡排序算法演示装置的机械臂模块2示意图，其中，2-1为舵机，2-2为丝杠电机，2-3为升降平台，2-4为控制器，2-5为光轴，2-6为T型手臂，2-7为机械爪。

图4为本发明提出的一种冒泡排序算法演示装置的移动平台模块3示意图，其中，3-1为轨道，3-2为标记，3-3为机器人底座，3-4为轮子，3-5为红外循迹传感器，3-6为驱动电机，3-7为V槽轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

参照图1-4，一种冒泡排序算法演示装置，该装置包括展台模块1、机械臂模块2、移动平台模块3和电脑4。展台模块1中，待排序物体1-2放置在支架1-3上；摄像头1-1拍摄待排序物体1-2；机械臂模块2包括机械爪2-7，T型手臂2-6，升降平台2-3和控制器2-4；移动平台模块3包括红外循迹传感器3-5、标记3-2、轨道3-1和驱动电机3-6；电脑4与控制器2-4、摄像头1-1连接。本发明实现了冒泡排序算法的直观演示。以物体体积大小代表数字大小，根据冒泡排序算法，使用机械臂对待排序物体1-2执行排序，并将初始顺序、排序过程及排序结果直观展示在电脑4屏幕上。

实施例二：

参照图1-4，一种冒泡排序算法演示装置，通过摄像头1-1采集待排序物体1-2图像，经过电脑4图像处理，输送待排序物体1-2顺序信息给控制器2-4，控制器2-4控制装置移动以及调换待排序物体1-2。当装置移动到第一个标记3-2处时，装置停止移动，若两个待排序物体1-2需要调换位置，则升降平台2-3下降至与待排序物体1-2同一高度处，机械爪2-7抓取物体，升降平台2-3上升，T型手臂2-6旋转，使待排序物体1-2位置调换，随后升降平台2-3下降，机械爪2-7放下待排序物体1-2，完成调换，升降平台2-3上升，装置前移至下一比较点；若不需调换，则装置直接移至下一比较点，当装置移到最后一比较点时，第一轮排序结束，装置后移，回到初始位置开始下一轮排序，流程同理。电脑4端图形用户界面可实时显示初始状态以及排序过程，所有排序完成后，装置自动复位，用户只需在电脑4端图形用户界面操作即可实现重复排序。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种冒泡排序算法演示装置，其特征在于：该装置包括展台模块(1)、机械臂模块(2)、移动平台模块(3)和电脑(4)；展台模块(1)中，待排序物体(1-2)放置在支架(1-3)上；摄像头(1-1)拍摄待排序物体(1-2)；机械臂模块(2)包括机械爪(2-7)，T型手臂(2-6)，升降平台(2-3)和控制器(2-4)；移动平台模块(3)包括红外循迹传感器(3-5)、标记(3-2)、轨道(3-1)和驱动电机(3-6)；电脑(4)与控制器(2-4)、摄像头(1-1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种冒泡排序算法演示装置，其特征在于：所述展台模块(1)包括摄像头(1-1)、待排序物体(1-2)和支架(1-3)；摄像头(1-1)位于四个待排序物体(1-2)中间正上方，拍摄待排序物体(1-2)，采集待排序物体(1-2)体积大小顺序信息；四个待排序物体(1-2)均匀摆放在支架(1-3)上。

3.根据权利要求1所述的一种冒泡排序算法演示装置，其特征在于：所述机械臂模块(2)包括机械爪(2-7)，T型手臂(2-6)，升降平台(2-3)和控制器(2-4)；两只机械爪(2-7)可抓取待排序物块，机械爪(2-7)的中心间距与相邻两待排序物体(1-2)的中心间距相同，机械爪(2-7)与T型手臂(2-6)相连；T型手臂(2-6)与升降平台(2-3)上的舵机(2-1)相连，可在竖直方向上旋转，实现待排序物体(1-2)的位置调换；舵机(2-1)固定在升降平台(2-3)上，升降平台(2-3)的升降由丝杠电机(2-2)实现，丝杠电机(2-2)和两根光轴(2-5)在平台上成三角形放置；控制器(2-4)与电脑(4)、舵机(2-1)、丝杠电机(2-2)、驱动电机(3-6)、红外循迹传感器(3-5)相连。

4.根据权利要求1所述的一种冒泡排序算法演示装置，其特征在于：所述移动平台模块(3)包括红外循迹传感器(3-5)、标记(3-2)、轨道(3-1)和驱动电机(3-6)；红外循迹传感器(3-5)位于机器人底座(3-3)前端，用于检测标记(3-2)及定位；标记(3-2)位于两根轨道(3-1)中间，相邻两个标记(3-2)的间距为相邻两待排序物体(1-2)的中心间距；驱动电机(3-6)位于机器人底座(3-3)中间，用于实现水平方向的移动。

5.根据权利要求1所述的一种冒泡排序算法演示装置，其特征在于：以物体体积大小代表数字大小，根据冒泡排序算法，使用机械臂对待排序物体(1-2)执行排序，并将初始顺序、排序过程及排序结果直观展示在电脑(4)屏幕上；通过摄像头(1-1)采集待排序物体(1-2)图像，经过电脑(4)图像处理，输送待排序物体(1-2)顺序信息给控制器(2-4)，控制器(2-4)控制装置移动以及调换待排序物体(1-2)，电脑(4)端的图形用户界面可实时显示待排序物体(1-2)的初始状态以及排序过程，排序完成后，装置自动复位，用户只需在电脑(4)端图形用户界面操作即可实现重复排序。