CN110444082A - 基于计算机控制的远程工件实体教学展示方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于计算机控制的远程工件实体教学展示方法，通过在工件实体资源充沛的地点建立工件实体展示控制装置，用于控制对工件实体不同角位摄像，利用摄像头捕捉工件实体各角度摄像信息并实时发送至远点操作系统，远点操作系统的输出端对工件实体摄像内容通过显示方式展示影像内容的同时，又在远点操作系统设置了远程控制工件实体展示的控制部分，用于对工件实体不同角位摄像的控制操作；本发明的实施能够实现将教学所需工件实体工件部分与理论教学过程结合，可以利用广泛的工件实体资源，使其充分为教学服务。

Description

基于计算机控制的远程工件实体教学展示方法和系统

技术领域

本发明属于计算机实体教学技术领域，具体涉及一种基于计算机控制的远程工件实体教学展示方法和系统。

背景技术

对于工科专业的教学过程中，必然涉及到许多工件的认知和学习，即使很简单易懂的工件，虽然通过教材附图能够了解其结构，但通过参观实体却能够更加深入了解和掌控，增加深刻印象。现有教学过程并没有提供参观各种工件实体的条件和可能，不可否认通过多媒体能够观看产品图片和视频，是教学过程的重要手段，但视频录制是按照特点目的进行的，不具有任意操控功能，不支持随意观察和互动，所以缺乏生动性。很多学生对于纯理论教学感到疲惫和低效，学生基本只能通过教科书中涉及的附图来了解相关工件构造，直观性差且印象差。

目前各大中专院校开设专业课的跨度范围越来越广，注重理论教学而缺乏重视实践教学，其原因是实践教学成本高难以全面实现，虽然教学任务能够完成但教学效果较差。条件较好的院校虽然具有重要设备的储备室和实验室，但工件实体种类的多样性和复杂性仍然使其展示条件不成熟，而且难以提供给每个学生直接观察学习的机会。设备储存室不具有管理展示功能或只有极少数兴趣学生参与设备储存室了解各种工件实体设备，而接触新工件实体设备或产品时往往需要查阅相关书籍，或需要有指导老师讲解，该条件也较难实现和普及。

对工件实体建模后能够从不同角度展示各产品的外观甚至内部构造，能够提高直观高效的学习效果，但建模与工件实体产品存在偏差，以及建模过程中会忽略必要细节，事实证明学生对工件实体直接参观学习的认知深度和印象明显大于仅参看模型。若将建模显示和工件实体展示同时进行，再结合课堂理论知识讲解，将会给教学带来更加明显的效果。

发明内容

本发明针对目前理论教学通常与工件实体展示基本不能同步进行的问题，提供一种能够通过理论教学与工件实体展示结合的方案，能够给学生产生直观的认知和深刻印象，具有事半功倍的教学效果，以及不断丰富目前工科实体比较匮乏的教学视频。

实现上述目的所采用的技术方案是：采用一种基于计算机控制的远程工件实体教学展示方法，通过在工件实体资源充沛的地点（资源分配不均体现在不同院校之间存在实体资源差异，设备室与教室存在距离差异）建立工件实体展示控制装置，用于控制对工件实体不同角位摄像，利用摄像头捕捉工件实体各角度摄像信息并实时发送至远点操作系统，远点操作系统的输出端对工件实体摄像内容通过显示方式展示影像内容的同时，又在远点操作系统设置了远程控制工件实体展示的控制部分，用于对工件实体不同角位摄像的控制操作；还包括在工件实体展示控制装置或远点操作系统中利用计算机对工件实体摄像内容通过建模软件建模的过程；展示对工件实体摄像内容是以分屏的形式展示产品建模和工件实体投影，使两者同时出现在同一屏幕。

以及还包括在远点操作系统选择保存录像的过程和操作。

其中，对工件实体摄像的操控包括对摄像头的平移操控、工件实体与摄像头高度操控和摄像头摆动和转动操控，以及工件实体转动操作。

还采用一种基于计算机控制的远程工件实体教学展示系统，包括工件实体展示控制装置和远点操作系统，所述工件实体展示控制装置至少包括底座和顶框，两者通过支撑杆固定在一起，在顶框上设置摄像移动机构，在摄像移动机构上安装360度摄像头，或者在摄像移动机构上设置摄像调节机构，用于控制摄像移动机构的各行走电机的电源线和信号线与近点控制器A0的控制输出端连接，近点控制器A0的信号端连接近点无线收发模块；所述远点操作系统的控制器A1输入端连接远点键位或手柄用于控制摄像移动机构运行，远点操作系统的控制器A1输出端连接显示器用于显示工件实体投影，远点操作系统的控制器A1的信号端连接远点无线收发模块，与近点无线收发模块建立通讯关系。

进一步还可以设置有用于控制摄像移动机构的各控制键位或手柄，分别与近点控制器A0的控制输入端连接。

进一步还设置有载物台驱动传动机构，该机构包括能够升降平移的活动座，活动座周边分别固定有滑套，以及所述支撑杆作为导向滑杆，将全部或部分滑套匹配套装于对应的导向滑杆外侧，从而活动座能够沿导向滑杆自由滑动，同时在所述底座上侧对称固定有步进电机，两侧步进电机的转轴竖直向上连接有螺杆，与两侧螺杆对应位置的活动座上分别固定有螺管，螺杆与对应螺管匹配安装，从而当步进电机同时转动时能够推动活动座升降运动。

所述载物台驱动传动机构还包括载物转动机构，是在活动座的中心向下设置凹陷区，凹陷区中心设孔并焊固有中心套，凹陷区内匹配套装有圆形载板，载板中心固定有套管，套管通过轴承套装于中心套内，套管的底部固定套装有从动齿轮，活动座底部固定有旋转驱动电机，其电机轴安装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，旋转驱动电机的电源线和信号线与近点控制器A0的控制输出端连接。在所述载板下方与凹陷区底面之间设置有圆环轨道，两者通过圆环轨道连接。所述圆环轨道为设置在两者之间的轨道槽，轨道槽内套装有滚珠。

所述摄像移动机构包括纵移架和横移架，其中横移架包括纵框架，其一端固定有横移电机，横移电机的转轴安装横移主轮，横移框架其余顶角安装横移辅轮，横移主轮和横移辅轮分别卡装在顶框上，其中纵移架包括横框架，其一端固定有纵移电机，纵移电机转轴安装纵移主轮，横框架各顶角安装有纵移辅轮，纵移主轮和纵移辅轮分别横移架上。

纵移架上安装有固定吊杆，固定吊杆的下端安装有360摄像头，360摄像头的控制线和信号线与近点控制器A0的信号端连接。

有益效果：人们对实物辨识能力和理解能力远大于通过文字描述和理论教学，实物所展示的很多信息量是理论和附图无法弥补的，虽然理论教学必不可少，若将理论教学与实体教学结合同时学习，很明显会提高学生的认知深度和兴趣，给学生留学永久印象。本发明的实施能够实现将教学所需工件实体工件部分与理论教学过程结合，可以利用广泛的工件实体资源，使其充分为教学服务。本发明还能够为联网建立资源共享平台提供基础，用于实现多所高校甚至科研单位的有利资源互补利用，能更好地为教学提供服务和支持。

本发明方案可为任课理论老师提供自由操作的演示功能，操控演示时能够对工件实体不同角位摄像，教学过程通过远点操作系统输出端对工件实体摄像内容以显示方式展示影像内容。同时，当建立资源共享平台受，本发明方案也可以为图书馆提供以实体形式分时在线时控操作，而非是仅对模型进行操作，通过分类处理和分时处理后供工科学生学习使用。

利用远点操作系统通过对工件实体摄像内容利用建模软件建模的过程和展示时，所展示对工件实体摄像内容滑可以通过分屏的形式展示产品建模和工件实体投影，使两者同时出现在同一屏幕，具有很直观的参考对比性。

本发明还可以在理论教学和实体展示过程中进行实体教学视频录制，用于保持具有教学特点或教师特点的视频资源，以丰富目前工科实体匮乏的教学视频。

附图说明

图1是本发明网点关系示意图图。

图2是工件实体近点操作系统框图。

图3是远点操作系统框图。

图4是工件实体展示控制装置。

图5是图4中载物台驱动传动机构的剖面结构示意图。

图6是简化模式的近远点操作系统框图。

图7是360度摄像头安装示意图。

图中标号：10为底座，101为底部固定套，102为底部密封罩，103为斜面，20为活动座，201为滑套，30为顶框，301为纵梁，302为横梁，303为顶固定套，40为步进电机，401为螺杆，402为螺管，50为导向滑杆，60为横移架，601为纵框架，602为横移电机，603为横移主轮，604为横移辅轮，70为纵移架，701为横框架，702为纵移电机，703为纵移主轮，704为纵移辅轮，8为360摄像头，80为摄像多角度驱动机构，81为固定吊杆，90为载物转动机构，901为凹陷区，902为中心套，903为载板，904为套管，905为从动齿轮，906为主动齿轮，907为旋转驱动电机，908为电机轴，909为滚子轴承，910为推力轴承，911为轨道槽，912为滚珠。

具体实施方式

实施例1：远程工件实体展示教学是将教学所需工件实体工件部分与理论教学过程结合，能够在课堂教学的同时，通过在设备储藏室内建立工件实体展示控制装置，由设备管理老师进行简单配合操作，任课老师能够独立操控演示，操控演示时能够对工件实体不同角位摄像。其中设备储存室不限定为同一院校，可以由多个院校甚至全国各院校通过资源共享方式构建共享平台和合作群，实现优势互补，能够根据教学需求分时操控演示。需要在设备储藏室内利用摄像头捕捉工件实体产品各角度摄像信息，然后实时发送至远点操作系统。教学过程通过远点操作系统输出端对工件实体摄像内容以显示方式展示影像内容。

利用远点操作系统通过对工件实体摄像内容利用建模软件建模的过程和展示。当所展示对工件实体摄像内容通过分屏的形式展示产品建模和工件实体投影时，使两者同时出现在同一屏幕，具有很直观的参考对比性。期间还可以通过不同控制方式分别控制模型随意转动，以及控制工件实体转动和摄像头转动和移动，达到模型与工件实体对比的特点，甚至可以进一步通过设计使两者同步转动的功能。

为实现对工件实体摄像的多种操作功能，该操控可以包括对摄像头的平移操控、工件实体与摄像头高度操控和摄像头摆动和转动操控，以及工件实体转动操作等。

另外，还可以在远点操作系统选择保存录像的过程和操作，以及截屏，用于局部信息保持功能。

实现以上方法所采用的一种远程工件实体教学展示系统，如图1所示，任一个工件实体展示控制装置能够与多个远点操作系统构建成为分时共享的教学系统。其中，工件实体展示控制装置的构造以仅包括底座10和顶框20为例，底座10和顶框两者通过支撑杆固定在一起，在顶框上设置摄像移动机构，在摄像移动机构上安装360度摄像头可参考如图4和图7所示。该结构至少能够实现360摄像头8的移动和转动。所采用的近点控制系统如图2所示，用于控制摄像移动机构的各行走电机的电源线和信号线与近点控制器A0的控制输出端连接，近点控制器A0的信号端连接近点无线收发模块。可选择性地对近点移动设置操控机构，例如设置有用于控制摄像移动机构的各控制键位或手柄，分别与近点控制器A0的控制输入端连接。

远点操作系统如图3所示，控制器A1输入端连接远点键位或手柄用于控制摄像移动机构运行，远点操作系统的控制器A1输出端连接显示器用于显示工件实体投影，远点操作系统的控制器A1的信号端连接远点无线收发模块，与近点无线收发模块建立通讯关系。从而可以通过远点操作系统实施操控工件实体展示控制装置实现任意转动展示目的。另外，近点操作系统和远点操作系统之间还可以建立在线语音或视频通话模块，用于远程交流。

实施例2：在实施例1基础上，进一步还设置有载物台驱动传动机构，该机构可以参考图4，包括能够升降平移的活动座，用于承载工件实体升降移动。在活动座周边分别固定有滑套201，以及所述支撑杆作为导向滑杆50，将滑套201匹配套装于对应的导向滑杆50外侧，从而活动座能够沿导向滑杆50自由滑动。又在所述底座10上侧对称设置驱动活动座升降的机构，升降机构的结构形式多样，以能给柳驱动活动座上架即可。例如固定安装有对称的步进电机40，两侧步进电机40的转轴竖直向上连接有螺杆401，与两侧螺杆401对应位置的活动座20上分别固定有螺管402，螺杆401与对应螺管402匹配安装，从而当步进电机40同时转动时能够推动活动座20升降运动。

实施例3：在实施例2基础上，进一步地又在载物台驱动传动机构设置了载物转动机构，该机构的一种结构形式可以如图4和图5所示，在活动座20的中心向下设置凹陷区，以及在凹陷区中心设孔，孔内向下焊固有中心套。并在凹陷区内匹配套装有圆形载板，且载板中心固定有套管，套管通过轴承套装于中心套内，上部为滚子轴承909，下部为推力轴承910。

驱动套管转动带动圆形载板转动，进而带动工件实体转动。驱动器转动的机构是在套管的底部固定套101装有从动齿轮，以及在活动座20底部固定有旋转驱动电机，该电机的轴上安装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合。旋转驱动电机的电源线和信号线与如图2所示的近点控制器A0的控制输出端连接。

还可以进一步在载板下方与凹陷区底面之间设置有圆环轨道，两者通过圆环轨道连接。圆环轨道为设置在两者之间的轨道槽，轨道槽内套装有滚珠，以提高其平稳转动性能。

实施例4：在实施例1-3各实施例基础上，在顶框上设置摄像移动机构，在摄像移动机构上设置摄像调节机构，用于控制摄像移动机构的各行走电机的电源线和信号线与近点控制器A0的控制输出端连接。如图4中该摄像移动机构包括纵移架和横移架60，其中横移架60包括纵框架，其一端固定有横移电机，横移电机的转轴安装横移主轮，横移框架其余顶角安装横移辅轮，横移主轮和横移辅轮分别卡装在顶框上。纵移架包括横框架，其一端固定有纵移电机，纵移电机转轴安装纵移主轮，横框架各顶角安装有纵移辅轮，纵移主轮和纵移辅轮分别横移架60上。360摄像头8的固定吊杆81固定在纵移架上，具体是在纵移架上安装有固定吊杆，固定吊杆的下端安装有360摄像头如图7所示，360摄像头的控制线和信号线与近点控制器A0的信号端连接。本实施例所采用的近点操作系统和远点操作系统分布如图6和图7所示。

Claims (9)

1.一种基于计算机控制的远程工件实体教学展示方法，其特征在于，通过在工件实体资源充沛的地点建立工件实体展示控制装置，用于控制对工件实体不同角位摄像，利用摄像头捕捉工件实体各角度摄像信息并实时发送至远点操作系统，远点操作系统的输出端对工件实体摄像内容通过显示方式展示影像内容的同时，又在远点操作系统设置了远程控制工件实体展示的控制部分，用于对工件实体不同角位摄像的控制操作；还包括在工件实体展示控制装置或远点操作系统中利用计算机对工件实体摄像内容通过建模软件建模的过程；展示对工件实体摄像内容是以分屏的形式展示产品建模和工件实体投影，使两者同时出现在同一屏幕。

2.根据权利要求1所述的基于计算机控制的远程工件实体教学展示方法，其特征在于，还包括在远点操作系统选择保存录像的过程和操作。

3.根据权利要求1所述的基于计算机控制的远程工件实体教学展示方法，其特征在于，对工件实体摄像的操控包括对摄像头的平移操控、工件实体与摄像头高度操控和摄像头摆动和转动操控，以及工件实体转动操控，各操控过程至少应存在于远点操作系统，以键位或操作杆形式用于对操控各过程，或者通过软件转换为键盘和鼠标形式对各过程进行操控。

4.一种基于计算机控制的远程工件实体教学展示系统，其特征在于，包括工件实体展示控制装置和远点操作系统，所述工件实体展示控制装置至少包括底座和顶框，两者通过支撑杆固定在一起，在顶框上设置摄像移动机构，在摄像移动机构上安装360度摄像头，或者在摄像移动机构上设置摄像调节机构，用于控制摄像移动机构的各行走电机的电源线和信号线与近点控制器A0的控制输出端连接，近点控制器A0的信号端连接近点无线收发模块；所述远点操作系统的控制器A1输入端连接远点键位或手柄用于控制摄像移动机构运行，远点操作系统的控制器A1输出端连接显示器用于显示工件实体投影，远点操作系统的控制器A1的信号端连接远点无线收发模块，与近点无线收发模块建立通讯关系。

5.根据权利要求4所述的基于计算机控制的远程工件实体教学展示系统，其特征在于，还设置有用于控制摄像移动机构的各控制键位或手柄，分别与近点控制器A0的控制输入端连接。

6.根据权利要求4所述的基于计算机控制的远程工件实体教学展示系统，其特征在于，还设置有载物台驱动传动机构，该机构包括能够升降平移的活动座，活动座周边分别固定有滑套，以及所述支撑杆作为导向滑杆，将全部或部分滑套匹配套装于对应的导向滑杆外侧，从而活动座能够沿导向滑杆自由滑动，同时在所述底座上侧对称固定有步进电机，两侧步进电机的转轴竖直向上连接有螺杆，与两侧螺杆对应位置的活动座上分别固定有螺管，螺杆与对应螺管匹配安装，从而当步进电机同时转动时能够推动活动座升降运动。

7.根据权利要求6所述的基于计算机控制的远程工件实体教学展示系统，其特征在于，所述载物台驱动传动机构还包括载物转动机构，是在活动座的中心向下设置凹陷区，凹陷区中心设孔并焊固有中心套，凹陷区内匹配套装有圆形载板，载板中心固定有套管，套管通过轴承套装于中心套内，套管的底部固定套装有从动齿轮，活动座底部固定有旋转驱动电机，其电机轴安装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，旋转驱动电机的电源线和信号线与近点控制器A0的控制输出端连接，在所述载板下方与凹陷区底面之间设置有圆环轨道，两者通过圆环轨道连接，所述圆环轨道为设置在两者之间的轨道槽，轨道槽内套装有滚珠。

8.根据权利要求4所述的基于计算机控制的远程工件实体教学展示系统，其特征在于，所述摄像移动机构包括纵移架和横移架，其中横移架包括纵框架，其一端固定有横移电机，横移电机的转轴安装横移主轮，横移框架其余顶角安装横移辅轮，横移主轮和横移辅轮分别卡装在顶框上，其中纵移架包括横框架，其一端固定有纵移电机，纵移电机转轴安装纵移主轮，横框架各顶角安装有纵移辅轮，纵移主轮和纵移辅轮分别横移架上。

9.根据权利要求8所述的基于计算机控制的远程工件实体教学展示系统，其特征在于，纵移架上安装有固定吊杆，固定吊杆的下端安装有360摄像头，360摄像头的控制线和信号线与近点控制器A0的信号端连接。