CN109598999A - 一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，该容器包括：容器模型本体，用于模拟实际实验容器的形状和大小；触发组件，设置有若干触发源；响应组件，设置在容器模拟本体上，所述的响应组件上设置有若干接收源；所述接收源的数量与所述触发源的数量相同，任意一个触发源和任意一个接收源接触时，形成一组感应回路；感应回路检测模块，用于检测感应回路的信号强弱，当组成的感应回路数量越多时，感应回路的信号越强。该发明通过两个硬件组件的对接实现倾倒行为的感知，判断更加精确，判断速度更快。

Description

一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器

技术领域

本发明实验设备领域，具体涉及一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器。

背景技术

实验容器是实验的基本工具之一，在整个实验过程中为实验材料的盛装和混合提供必要容纳空间。针对一些实验过程来说，有的实验材料非常昂贵，有的实验材料带有毒性，如果没有经验的实验人员进行操作，容易造成较大的经济损失，也可能发生生命危险。因此，现有技术中提供了一些关于虚拟实验容器的建模研究。

对于现有技术中的虚拟建模技术而言，需要实时测量虚拟容器的形态变化过程，才能结合对于这一形态变化的计算和判断，实现对于户倾倒行为的感知，在这一感知原理下，对于用户倾倒行为的判断精度不够，响应时间也相对滞后。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，通过两个硬件组件的对接实现倾倒行为的感知，判断更加精确，判断速度更快。

本发明公开了如下技术方案：

一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，该容器包括：

容器模型本体，用于模拟实际实验容器的形状和大小；

触发组件，设置有若干触发源；

响应组件，设置在容器模拟本体上，所述的响应组件上设置有若干接收源；所述接收源的数量与所述触发源的数量相同，任意一个触发源和任意一个接收源接触时，形成一组感应回路；

感应回路检测模块，用于检测感应回路的信号强弱，当组成的感应回路数量越多时，感应回路的信号越强。

进一步的，所述的容器还包括：

电子芯片，用于接收感应回路检测模块检测到的感应回路信号，并将感应回路信号转换为容器模型的倾倒行为三维模型。

进一步的，所述的容器还包括：

显示器，用于显示电子芯片转换的倾倒行为三维模型。

进一步的，所述的响应组件为凹槽或一端开口的通道，所述的触发组件在响应组件的内部自由滑动。

进一步的，所述的接收源为压力传感器，所述的触发源为设置在触发组件上的凸点，当凸点按压压力传感器时，压力传感器的发出压力信号，形成感应回路。

进一步的，所述的接收源为光敏电阻，所述的触发源为光源，当光源照射光敏电阻时，光敏电阻的阻值发生变化，形成感应回路。

进一步的，所述的光源为带有聚焦装置的普通LED灯或激光发射器。

进一步的，所述的接收源为微型电源其中一个电极，所述的触发源为微型电源的另一个电极，当微型电源的两个电极接触时，形成感应回路。

进一步的，所述的触发源金属棒，所述的接收源为线圈组，当金属棒切割线圈组的磁场时，产生感应电流，形成感应回路。

有益效果：

采用虚实融合方法，一个试管套件可以“盛装”不同实验材料，具有低成本、多功能、易操作等优势；不仅可以感知用户操作态势(用户选择)，而且可以感知试管模型与实验材料态势(试管位置与倾斜度、材质在试管内的真实感仿真效果)，为实验提供智能化实验设备。

附图说明

图1为本发明实施例容器的原理框图；

图2为本发明实施例中线圈组和金属棒的特定结构示意图；

图2中：1容器模型本体，2线圈组，3金属棒。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。

实施例

本发明实施例提供了一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，该容器包括一个容器模型本体，容器模型本体可以根据不同实验的需求，建立与实际实验容器的形状和大小相同的模型。在建立的模型上，设置响应组件和感应回路检测模块，并配以触发组件。

如图1所示，所述的响应组件，设置在容器模拟本体上，所述的响应组件上设置有若干接收源，所述的触发组件，设置有若干触发源。所述接收源的数量与所述触发源的数量相同，任意一个触发源和任意一个接收源接触时，形成一组感应回路。所述的感应回路检测模块，用于检测感应回路的信号强弱，当组成的感应回路数量越多时，感应回路的信号越强。

该实施例的构造，其实现功能的具体原理为：

分别设置触发组件和响应组件，触发组件由按一定规律排列触发源所组成，响应组件由与触发源对应的接收源所组成。一个触发源与一个接收源组成一个感应单元，每个感应单元可以形成感应回路，并在回路上设置感应检测装置检测感应回路信号。显然，当触发组件与响应组件逐渐靠拢时，感应单元的数量逐渐增加；反之亦然。感应检测装置与电子芯片相连，电子芯片与显示器相连。

将所述的响应组件设置为凹槽或一端开口的通道，所述的触发组件在响应组件的内部自由滑动，响应组件上的接收源和触发组件上的触发源，均设置在侧面或侧壁上，当触发组件在响应组件的内部滑动时，触发源和接收源之间进行接触，由于触发组件在响应组件内部的位置不同时，触发源和接收源组成的感应回路数量不同，因此触发组件在响应组件内部不同位置，实际上就代表了一个唯一的倾倒姿态，感应回路检测模块根据检测到的感应回路数值大小，就能相应识别出此时容器模型本体的倾倒姿态。

需要注意的是，除了单个容器的检测外，对于多个容器之间的检测，可以采用以下原理：

触发组件和响应组件背靠背(即正反面)形成一个整体被设置在容器模型本体的侧壁上，使得两个相同的容器模型中任意一个既可以作为被动容器(接收倾倒物的容器)，也可以作为主动容器(从里面倒出的容器)，并且主动容器的触发源可以与被动容器的接收源相匹配，即触发源可以自然插入接收源形成感应单元。响应组件的一侧是旋转轴，响应组件通过旋转轴可以向容器模型内侧旋转90度。

对于触发源和接收源的选择，本发明提供了多种可实现的途径，具体的结构和原理如下所述。

1)所述的接收源为压力传感器，所述的触发源为设置在触发组件上的凸点，当凸点按压压力传感器时，压力传感器的发出压力信号，形成感应回路。

2)所述的接收源为光敏电阻，所述的触发源为光源，当光源照射光敏电阻时，光敏电阻的阻值发生变化，形成感应回路。其中，所述的光源为带有聚焦装置的普通LED灯，也可以是激光发射器。总之需要实现光源的线束性照射，而不是发散性照射。

以激光发射器为激光光源的结构为例：在触发组件(响应组件)所在位置对面的容器模型侧壁上设置激光光源；并在手握的方便位置设置开/关激光光源的按钮；在容器模型底部设置一个或多个光敏传感器，使得当用户手握一个容器模型从正上方向另一个容器模型做倾倒动作时，用手指自然按压光源按钮，主动容器上面的激光光线可以照射到被动容器模型底部的光敏传感器；在激光光源附近外壁设置一个或多个光敏传感器，使得当用户手握一个容器模型从侧面(非正上方)方向另一个容器模型做倾倒动作时，用手指自然按压光源按钮，主动容器上面的激光光线可以照射到被动容器模型侧面的光敏传感器。

3)所述的接收源为微型电源其中一个电极，所述的触发源为微型电源的另一个电极，当微型电源的两个电极接触时，形成感应回路。

4)所述的触发源金属棒，所述的接收源为线圈组，当金属棒切割线圈组的磁场时，产生感应电流，形成感应回路。

需要注意的是，上述描述中，对于线圈组和金属棒组成结构，是将金属棒作为触发源设置在触发组件上，以及把线圈组作为接收源设置在响应组件上，通过组成数量不同的感应回路，实现对于倾倒行为的感知。

除此之外，如图2所示，可以直接在容器模型本体1侧壁上沿高度方向设置若干金属棒3，沿模型高度的纵截面方向设置线圈组2，此时的线圈组既是响应组件，也是接收源；此时的金属棒既是触发组件。也是触发源。此时的感知原理为：当容器对于正常放置状态时，金属棒在线圈组的磁场内不发生磁电感应，当容器倾斜时，金属棒对线圈组的磁场进行切割，产生感应电流，通过测量感应电流的强弱，可以感应容器的倾倒行为。

基于上述设置，本发明结合以下操作方法可以实现相应功能：

1、计算倾倒速度

准备两只同样的虚拟实验容器，一只作为主动容器，另一只作为被动容器。按照下面算法计算倾倒速度：

第1步：如果采用方法4，用户从主动容器中倾倒实验物品的速度V为：V＝v，其中，v是线圈中电流改变的速度；否则，转下一步；

第2步：计算在时刻T1被激活的感应单元个数为N1；

第3步：计算在时刻T2被激活的感应单元个数为N2；

第4步：计算在时刻T1到T2的时间内，用户从主动容器中倾倒实验物品的速度V为：V＝(N2-N1)/(T2-T1)。

2、“倾倒”过程的虚拟呈现

第1步：构建真实“倾倒”样本录像数据库DB。录制在不同“倾倒”速度下的真实“倾倒”录像图像序列，建立倾倒“速度”与录像样本之间的索引关系；

第2步：计算当前时刻的倾倒速度V；

第3步：如果V≠0，则：以V为索引，在数据库DB中检索录像序列R；在显示器上实时播放录像序列R；转第2步。

3、用户错误倾倒行为的识别及处理方法

1)倾倒速度过快：如果速度V>V0(V0是一个阈值速度，经过反复试验被用户认可的经验值)，用动画在显示器上呈现为：液体洒在被动容器外面；液体可能对其接触物体的腐蚀性/危险性现象。

2)倾倒瓶口不正：如果初始激活的感应单元数目U<U0(U0是一个阈值，它表示当触发组件以正确的方式卡入响应组件时被激活的感应单元数目)。事实上，如果触发组件歪斜地卡入响应组件时，其初始被激活的感应单元数目一定小于U0，那么用动画在显示器上呈现为：虚拟的主动容器没有正对被动容器的瓶口；液体洒在被动容器外面；液体可能对其接触物体的腐蚀性/危险性现象。

3)非接触倾倒错误：

第1步：如果电子芯片检测到光敏传感器信号，则表示语义：用户正在采用非接触方式倾倒实验用品；

第2步：通过底部的光敏传感器，计算感知到的电信号平均强度I；

第3步：如果I<I0，则表示语义：主动容器杯子距离被动容器太远，属于非法危险操作。可以采用报警方式进行反馈。其中，I0是一个经验参数，它本质上确定隔空非接触式倾倒的安全距离上确界，一般通过反复试验和评价的方法进行设置；

第4步：通过侧面的光敏传感器，计算感知到的电信号平均强度I1；

第5步：如果I>I1，则表示语义：主动容器杯子在被动容器侧面倾倒，属于非法操作。可以采用报警方式进行反馈。其中，I1是一个经验参数，它本质上确定隔空从侧面倾倒的可以感知距离的上确界，一般通过反复试验和评价的方法进行设置。

在实际操作过程中，对于容器的具体设置结构，下面以激光光源作为触发源为例进行说明：

以塑料杯为容器模型本体，去除一部分侧面而留下一个矩形状缺口，在该缺口底部设置一个旋转轴，将一个与缺口大小对应的板子一端与旋转轴相连，使得板子在一定的压力下可以围绕旋转轴转动。该板子的正反面分别设置触发源与接收源。在塑料杯底部和板子对面外侧壁分别设置多个光敏传感器，光敏传感器分别与电子芯片相连，并将感知信号传给电子芯片，电子芯片上面放置并运行本发明核心算法，计算结果可以送到显示器显示。在侧壁的光敏传感器附近设置激光光源，并在侧壁顺手位置(一般设置在侧壁激光光源与板子之间的手抓握位置)设置激光光源按钮。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明的具体结构，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管说明书及附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，其特征在于，该容器包括：

容器模型本体，用于模拟实际实验容器的形状和大小；

触发组件，设置有若干触发源；

响应组件，设置在容器模拟本体上，所述的响应组件上设置有若干接收源；所述接收源的数量与所述触发源的数量相同，任意一个触发源和任意一个接收源接触时，形成一组感应回路；

感应回路检测模块，用于检测感应回路的信号强弱，当组成的感应回路数量越多时，感应回路的信号越强。

2.根据权利要求1所述的一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，其特征在于，所述的容器还包括：

电子芯片，用于接收感应回路检测模块检测到的感应回路信号，并将感应回路信号转换为容器模型的倾倒行为三维模型。

3.根据权利要求2所述的一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，其特征在于，所述的容器还包括：

显示器，用于显示电子芯片转换的倾倒行为三维模型。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，其特征在于，所述的响应组件为凹槽或一端开口的通道，所述的触发组件在响应组件的内部自由滑动。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，其特征在于，所述的接收源为压力传感器，所述的触发源为设置在触发组件上的凸点，当凸点按压压力传感器时，压力传感器的发出压力信号，形成感应回路。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，其特征在于，所述的接收源为光敏电阻，所述的触发源为光源，当光源照射光敏电阻时，光敏电阻的阻值发生变化，形成感应回路。

7.根据权利要求6所述的一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，其特征在于，所述的光源为带有聚焦装置的普通LED灯或激光发射器。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，其特征在于，所述的接收源为微型电源其中一个电极，所述的触发源为微型电源的另一个电极，当微型电源的两个电极接触时，形成感应回路。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的一种可以智能感知用户倾倒行为的虚拟实验容器，其特征在于，所述的触发源金属棒，所述的接收源为线圈组，当金属棒切割线圈组的磁场时，产生感应电流，形成感应回路。