CN111276014A - 智能实验学习机 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种智能实验学习机，涉及实验设备。智能实验学习机包括实验台和操作台。实验台包括支撑体、显示器、全息折射成像介质、手势识别传感模块。操作台包括操作触控屏幕、操作主机、体感手柄。本申请的智能实验学习机采用混合现实技术、全息成像技术、手势识别技术，构建基于实验教学场景的智能实验室专用工具，该智能实验学习机包括操作台和实验台，不但能够在空中实现全息裸眼的立体影像，而且结构简单，造价低。同时使用本申请能够能轻松解决传动实验存在的6大难题。本申请能够真正实现实验教学智能化的目标，真正做到给学校赋能，为教师减负，使学生增效，让家长放心。

Description

智能实验学习机
技术领域
本申请涉及实验设备领域，特别是涉及一种智能实验学习机。
背景技术
目前，传统实验教学在实验课程的准备、实验安全的保障、实验过程的管控、实验数据的统计、实验结果的展现到实验废料的清理存在六大难题。同时现行教育体制下的科学教师队伍极度匮乏、科学试验设备严重不足、科学教育内容参差不齐、实验设备简陋单一、高危高难实验难以实现等严峻问题，且目前学校和教培机构的实验教学投入高昂
因此，如何能够减轻教师教学负担、解决实验教学面临难题、帮助学校规避潜在隐患及缩减学校和教培机构实验教学投入，同时真正实现实验教学智能化的目标，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
本申请提供了一种智能实验学习机，包括：
实验台，位于底部，其具有支撑体，支撑体具有顶面开口的腔室，支撑体的前端向外突出形成外突部，支撑体用于支撑所述智能实验学习机中除支撑体之外的其他器件；
操作台，安装在支撑体处，包括：
操作触控屏幕，内嵌入所述支撑体的外突部处，用于操作者进行触控操作，以选择需要显示的画面和图像；
操作主机，内嵌入所述支撑体的内部，与所述操作触控屏幕相连，用于控制所述实验台中的成像；
体感手柄，安装在所述支撑体处，并与所述操作主机无线连接，可用于操控实验台中的成像；
实验台还包括：
显示器，位于支撑体的腔室内，与所述操作主机相连，用于将所述操作主机中要显示的画面和图像投射到全息折射成像介质处；
全息折射成像介质，位于所述腔室的表面处，用于对显示器的投射的影像进行光反射，以在实验台上方空气中呈现出全息裸眼的立体影像；
手势识别传感模块，位于支撑体的后方处，手势识别传感模块具有内置摄像头，用于捕捉操作者的手势动作，手势识别传感模块与所述操作主机相连接，用于将操作者的手势动作传输给所述操作主机，通过所述操作主机进行手势识别，以控制所述实验台中的全息裸眼的立体影像。
可选地，所述的智能实验学习机还包括气味传感器模块，内嵌于所述支撑体的外突部处，与所述操作主机相连，所述气味传感器模块内含多组气味模组，每一气味模组对应一气味，且每一气味模组内装气味固态颗粒，通过所述操作主机调用不同气味的气味模组释放对应的气味固态颗粒的气味，实时模拟实验所产生的不同气味。
可选地，所述气味传感器模块的数量为两组，两组气味传感器模块对应分布在所述操作触控屏幕的两侧。
可选地，所述气味传感器模块中的多组气味模组之间采用可拆卸结构连接，使得气味模组之间可进行自由组合拼装。
可选地，所述外突部的表面为斜面，所述操作触控屏幕及所述体感手柄均安装于斜面处。
可选地，所述体感手柄数量为两个，对应于所述操作触控屏幕的两侧处，每一体感手柄隐藏安装在所述外突部处。
可选地，所述实验台的后方具有凸起部，所述手势识别传感模块安装在凸起部处，使得所述内置摄像头高于所述支撑体的顶部平面，以便捕捉操作者的手势动作。
可选地，所述体感手柄与所述操作主机无线连接为蓝牙连接、WIFi连接或ZigBee连接。
可选地，所述操作触控屏幕和所述操作主机与所述实验台为一体式结构，或所述操作触控屏幕和所述操作主机与所述实验台为分体式结构。
本申请的智能实验学习机采用混合现实技术、全息成像技术、手势识别技术，构建基于实验教学场景的智能实验室专用工具，该智能实验学习机包括操作台和实验台，不但能够在空中实现全息裸眼的立体影像，而且结构简单，造价低，可缩减学校和教培机构实验室建设投入50％以上，大幅增加教育领域资金使用率，解决教育单位的燃眉之急。同时使用本申请进行实验无需实验课程的准备、实验安全有保障、实验过程的无需管控、实验数据的统计方便、实验结果得到良好的展现、没有实验废料需要清理，因此，本申请能够能轻松解决传动实验存在的6大难题。故而使用本申请能够真正实现实验教学智能化的目标，真正做到给学校赋能，为教师减负，使学生增效，让家长放心。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本申请一个实施例的智能实验学习机的示意性主视图；
图2是图1所示智能实验学习机的示意性侧视图。
图中各符号表示含义如下：
1全息裸眼的立体影像，2操作者的眼睛；
10实验台，
11支撑体，12外突部，13腔室，14显示器，15全息折射成像介质，16手势识别传感模块，
20操作台，
21操作触控屏幕，22体感手柄，
30气味传感器模块，
31气味模组。
具体实施方式
图1是根据本申请一个实施例的智能实验学习机的示意性主视图。图2是图1所示智能实验学习机的示意性侧视图。
如图1所示，还可参见图2，本实施例提供了一种智能实验学习机，包括：实验台10和操作台20。实验台10位于底部，具有支撑体11。实验台10还包括显示器14、全息折射成像介质15和手势识别传感模块16。支撑体11具有顶面开口的腔室13，支撑体11的前端向外突出形成外突部12，支撑体11用于支撑所述智能实验学习机中除支撑体11之外的其他器件。显示器14位于支撑体11的腔室13内，与所述操作主机(图中未示出)相连，用于将所述操作主机中要显示的画面和图像投射到全息折射成像介质15处。全息折射成像介质15位于所述腔室13的表面处，用于对显示器14的投射的影像进行光反射，以在实验台10上方空气中呈现出全息裸眼的立体影像1。手势识别传感模块16位于支撑体11的后方处。手势识别传感模块16具有内置摄像头，用于捕捉操作者的手势动作。手势识别传感模块16与所述操作主机相连接，用于将操作者的手势动作传输给所述操作主机，通过所述操作主机进行手势识别，以控制所述实验台10中的全息裸眼的立体影像1。操作台20安装在支撑体11处。操作台20包括操作触控屏幕21、操作主机、体感手柄22。操作触控屏幕21内嵌入所述支撑体11的外突部12处，用于方便操作者随时进行触控操作，以选择需要显示的画面和图像。操作主机内嵌入所述支撑体11的内部，与所述操作触控屏幕21相连，用于控制所述实验台10中的成像。体感手柄22为备用件，体感手柄22安装在所述支撑体11处，并与所述操作主机无线连接，可用于操控实验台10中的成像。
更具体地，本实施例中，入射光与显示器14的屏幕呈45°，反射光与全息折射成像介质15呈45°。
其中，手势识别为现有技术，包括手势切割、手势分析及手势识别三个步骤。手势切割：是利用一个图像采集设备例如本申请采用的内置摄像头获得手势动作，得到手势的平面模型。手势分析：手型因其特有的外形而与其他物体区分，主机采用结合几何矩和边缘检测的手势识别算法，通过设定两个特征的权重来计算图像间的距离，实现对字母手势的识别。手势识别：将手势的动作看成是一个由静态手势图像所组成的序列，然后将待识别的手势模板序列与已知的手势模板序列进行比较，从而识别出手势。
混合现实技术(MR)为现有技术，是虚拟现实技术的进一步发展，该技术通过在现实场景呈现虚拟场景信息，在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。
全息成像技术为现有技术，360°全息成像系统是一种新兴的3D技术，也可简单称为全息或360全息。此技术根据光的反射原理，配合人眼的视觉误差，进行集成制作出多角度、全方位的360°立体悬浮影像。可将成像独立展示，也可与实物相结合。
智能实验学习机工作原理：如图1，操作主机内嵌于实验台10中，通过给实验台10供电，操作主机通电。实验台10中的显示器14会将操作主机中要显示的影像投射到上全息折射成像介质15上。全息折射成像介质15对显示器14的影像进行光反射，使操作者的眼睛2能够看到在实验台10上方空气中呈现的全息裸眼的立体影像1。手势识别传感模块16中的内置摄像头捕捉操作者的手势动作，通过操作主机识别手势控制成像，操作者通过手势变换控制实验台10中的全息裸眼的立体影像1，进行相关实验与学习，进而达到应用良好的效果。
本申请的智能实验学习机采用混合现实技术、全息成像技术、手势识别技术，构建基于实验教学场景的智能实验室专用工具，该智能实验学习机包括操作台20和实验台10，不但能够在空中实现全息裸眼的立体影像1，而且结构简单，造价低，可缩减学校和教培机构实验教学投入50％以上，大幅增加教育领域资金使用率，解决教育单位的燃眉之急。同时使用本申请进行实验，实验课程一键准备、实验安全有保障、实验过程的易管控、实验数据的统计方便、实验结果得到良好的展现、没有实验废料需要清理，因此，本申请能够能轻松解决传动实验存在的6大难题。故而使用本申请能够真正实现实验教学智能化的目标，真正做到给学校赋能，为教师减负，使学生增效，让家长放心。
进一步地，本实施例中，如图1所示，所述的智能实验学习机还包括气味传感器模块30，内嵌于所述支撑体11的外突部12处。气味传感器模块30与所述操作主机相连。所述气味传感器模块30内含多组气味模组31，每一气味模组31对应一气味，且每一气味模组31内装气味固态颗粒。通过所述操作主机调用不同气味的气味模组31释放对应的气味固态颗粒的气味，实时模拟实验所产生的不同气味。
本实施例采用气味模拟技术，其为现有技术。具体实施时，气味传感器模块30内含气味播放器，每一气味模组31具有唯一的气味标识码，每一气味模组31还具有对应的管道。操作主机的微型芯片根据操作主机播放的场景识别出场景对应的气味标识码，控制气味播放器打开对应的气味模组的管道，从而达到被调用的气味模组的气味的实时传输和表达。
更具体地，所述气味传感器模块30的数量为两组，两组气味传感器模块30对应分布在所述操作触控屏幕21的两侧。
更具体地，所述气味传感器模块30中的多组气味模组31之间采用可拆卸结构连接，使得气味模组31之间可进行自由组合拼装，配合不同的实验教学应用场景，喷发不同气味，实时模拟实验所产生的不同气味。本实施例中，可拆卸结构是榫卯结构。当然在其他实施例中，可拆卸结构可以是卡扣结构或插拔结构。
更具体地，所述外突部12的表面为斜面，所述操作触控屏幕21及所述体感手柄22均安装于斜面处。
更具体地，所述体感手柄22数量为两个，对应于所述操作触控屏幕21的两侧处，每一体感手柄22隐藏安装在所述外突部12处。隐藏安装使得体感手柄22上表面与斜面保持在同一个平面内，便于收纳。体感手柄22可以通过滑轨实现隐藏安装，还可以通过卡扣是结构或磁吸式结构实现隐藏安装。
更具体地，本实施例中，所述实验台10的后方具有凸起部，所述手势识别传感模块16安装在凸起部处，使得所述内置摄像头高于所述支撑体11的顶部平面，以便捕捉操作者的手势动作。
更具体地，本实施例中，所述体感手柄22与所述操作主机无线连接为蓝牙连接。在其他实施例中，所述体感手柄22与所述操作主机无线连接还可以是WIFi连接或ZigBee连接。
更具体地，本实施例中，所述操作触控屏幕21和所述操作主机与所述实验台10为一体式结构。在其他实施例中，所述操作触控屏幕21和所述操作主机与所述实验台10还可以为分体式结构。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，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申请中的具体含义。
在本申请中，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。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种智能实验学习机，其特征在于，包括：
实验台(10)，位于底部，其具有支撑体(11)，支撑体(11)具有顶面开口的腔室(13)，支撑体(11)的前端向外突出形成外突部(12)，支撑体(11)用于支撑所述智能实验学习机中除支撑体(11)之外的其他器件；
操作台(20)，安装在支撑体(11)处，包括：
操作触控屏幕(21)，内嵌入所述支撑体(11)的外突部(12)处，用于操作者进行触控操作，以选择需要显示的画面和图像；
操作主机，内嵌入所述支撑体(11)的内部，与所述操作触控屏幕(21)相连，用于控制所述实验台(10)中的成像；
体感手柄(22)，安装在所述支撑体(11)处，并与所述操作主机无线连接，可用于操控实验台(10)中的成像；
实验台(10)还包括：
显示器(14)，位于支撑体(11)的腔室(13)内，与所述操作主机相连，用于将所述操作主机中要显示的画面和图像投射到全息折射成像介质(15)处；
全息折射成像介质(15)，位于所述腔室(13)的表面处，用于对显示器(14)的投射的影像进行光反射，以在实验台(10)上方空气中呈现出全息裸眼的立体影像(1)；
手势识别传感模块(16)，位于支撑体(11)的后方处，手势识别传感模块(16)具有内置摄像头，用于捕捉操作者的手势动作，手势识别传感模块(16)与所述操作主机相连接，用于将操作者的手势动作传输给所述操作主机，通过所述操作主机进行手势识别，以控制所述实验台(10)中的全息裸眼的立体影像(1)。
2.根据权利要求1所述的智能实验学习机，其特征在于，还包括气味传感器模块(30)，内嵌于所述支撑体(11)的外突部(12)处，与所述操作主机相连，所述气味传感器模块(30)内含多组气味模组(31)，每一气味模组(31)对应一气味，且每一气味模组(31)内装气味固态颗粒，通过所述操作主机调用不同气味的气味模组(31)释放对应的气味固态颗粒的气味，实时模拟实验所产生的不同气味。
3.根据权利要求2所述的智能实验学习机，其特征在于，所述气味传感器模块(30)的数量为两组，两组气味传感器模块(30)对应分布在所述操作触控屏幕(21)的两侧。
4.根据权利要求2所述的智能实验学习机，其特征在于，所述气味传感器模块(30)中的多组气味模组(31)之间采用可拆卸结构连接，使得气味模组(31)之间可进行自由组合拼装。
5.根据权利要求1所述的智能实验学习机，其特征在于，所述外突部(12)的表面为斜面，所述操作触控屏幕(21)及所述体感手柄(22)均安装于斜面处。
6.根据权利要求1所述的智能实验学习机，其特征在于，所述体感手柄(22)数量为两个，对应于所述操作触控屏幕(21)的两侧处，每一体感手柄(22)隐藏安装在所述外突部(12)处。
7.根据权利要求1所述的智能实验学习机，其特征在于，所述实验台(10)的后方具有凸起部，所述手势识别传感模块(16)安装在凸起部处，使得所述内置摄像头高于所述支撑体(11)的顶部平面，以便捕捉操作者的手势动作。
8.根据权利要求1所述的智能实验学习机，其特征在于，所述体感手柄(22)与所述操作主机无线连接为蓝牙连接、WIFi连接或ZigBee连接。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的智能实验学习机，其特征在于，所述操作触控屏幕(21)和所述操作主机与所述实验台(10)为一体式结构，或所述操作触控屏幕(21)和所述操作主机与所述实验台(10)为分体式结构。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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RU204964U1 (ru) * 2021-02-01 2021-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Демонстрационный комплекс 3D модели летательного аппарата

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RU204964U1 (ru) * 2021-02-01 2021-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Демонстрационный комплекс 3D модели летательного аппарата

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