CN112002189A - 基于数理统计原理的可视化演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于教学演示装置技术领域，具体涉及一种基于数理统计原理的可视化演示装置，包括：储球箱，用于存储演示球；支撑板，其固定于所述储球箱一侧壁上；水平板，其固定于所述支撑板；水平动力组件，其滑动安装于所述水平板上，用于控制抓球组件水平位移；竖直动力组件，其安装于所述水平动力组件上，用于控制抓球组件竖直位移；抓球组件，其安装于所述竖直动力组件上，用于抓取储演示球；下球通道，其固定于所述储球箱上。本发明通过水平动力组件和竖直动力组件来控制抓球组件在空间内位移，利用抓球组件随机抓取演示球，利用下球通道接收，通过控制器实现智能化控制，可模拟取球时间的概率问题，整个演示过程可视化，形象生动。

Description

基于数理统计原理的可视化演示装置

技术领域

本发明属于教学演示装置技术领域，具体涉及一种基于数理统计原理的可视化演示装置。

背景技术

数理统计是统计学分支学科，其以概率论为理论基础，对受随机因素影响的不确定性现象进行大量的观测或试验，以有效的方法获取样本、提取信息，进而对随机现象的统计规律做出判断。由于其是一个抽象的过程，为了便于学生理解相关概率事件，常常需要配合相应的教学演示装置。

常见的数理统计、概率问题包括抛硬币、随机落球、随机取球等。每种类型的概率问题代表不同的实验过程，具有不同的算法，相应的，也需要不同的演示装置配合。现有技术已经有关于抛硬币概率事件和随机落球时间的演示装置。比如中国专利CN108492683A公开了一种高等数学概率演示装置，包括：筒体、U型槽、透明上盖底罩、底罩、透明隔板、影像装置、振动装置等部件。该专利通过影像装置将概率演示实验的骰子、硬币等投影于大屏幕，可让全体学生参与其中，实验过程形象生动，大大激发了学习兴趣。再比如中国专利CN207818025U公开的高等数学概率演示装置，包括实验装置和固定架，所述实验装置包括漏斗和演示草，漏斗下端设置有出球管，演示槽的底部连接有收集管，收集管上安装有称重装置等部件。该专利根据称重以及测量每个收集管内演示球的总高度来确定每个收集管内的演示球数量，可以演示随机落球的概率事件。

虽然现有技术有很多关于概率统计的演示装置，但是未见能够演示随机取球概率事件的装置。随机取球、尤其是不同颜色随机取球的概率问题，是非常典型的概率问题之一，计算概率时，不仅需要统计每次取球的数量，还需要统计不同颜色的取球数量，抽象度大，学生不易理解，所以更有必要开发一种能够演示随机取球概率事件的装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于数理统计原理的可视化演示装置。

本发明的目的是提供一种基于数理统计原理的可视化演示装置，包括：

储球箱，用于存储演示球；

支撑板，其固定于所述储球箱一侧壁上；

水平板，其固定于所述支撑板上；

水平动力组件，其滑动安装于所述水平板上，用于控制抓球组件水平位移；

竖直动力组件，其安装于所述水平动力组件上，用于控制抓球组件竖直位移；

抓球组件，其安装于所述竖直动力组件上，用于抓取储演示球；

下球通道，其固定于所述储球箱上。

优选的，上述基于数理统计原理的可视化演示装置，所述水平动力组件包括：

滑动块，其水平滑动连接在所述水平板上，所述竖直动力组件安装在所述滑动块上；

水平位移电机，其安装在滑动块上，用于控制所述滑动块水平位移；

控制器，其安装在所述储球箱上，并与所述水平位移电机连接。

优选的，上述基于数理统计原理的可视化演示装置，所述竖直动力组件包括：

第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆，二者的固定端均固定连接在所述滑动块上；

衔接盘，其固定于所述第一电动伸缩杆的活动端，所述衔接盘还与所述第二电动伸缩杆的活动端滑动连接；所述抓球组件安装在所述衔接盘上；

所述控制器还分别与所述第一电动伸缩杆、所述第二电动伸缩杆连接。

优选的，上述基于数理统计原理的可视化演示装置，所述抓球组件包括：

固定盘，其位于所述水平板与所述衔接盘之间，且所述固定盘穿接并上下活动连接在所述第一电动伸缩杆上，所述固定盘还穿接并固定连接在所述第二电动伸缩杆上的活动端；

至少三个机械爪，其顶部转动连接在所述固定盘上；

与所述机械爪数量相等且一一对应设置的衔接杆，其一端转动连接在所述衔接盘上，另一端与相应的所述机械爪转动连接；

储球袋，其套设在所有的机械爪外部，袋底与所述机械爪底部抵接，并且允许袋底向所有所述机械爪围绕的空间内凸起。

优选的，上述基于数理统计原理的可视化演示装置，所述竖直动力组件为第三电动伸缩杆，所述第三电动伸缩杆的固定端滑动连接在所述滑动块上；

所述抓球组件包括：

固定盘，其顶部可拆卸连接在所述第三电动伸缩杆的活动端；

至少两个机械掌，其顶部转动连接在所述固定盘上；

与机械掌数量相等的角位移电机，其安装在所述固定盘上，用于控制相应的机械掌转动，所有所述角位移电机以及所述第三电动伸缩杆分别与所述控制器连接。

优选的，上述基于数理统计原理的可视化演示装置，所述下球通道与所述储球箱的内部连通。

优选的，上述基于数理统计原理的可视化演示装置，所述下球通道顶部采用喇叭形开口。

优选的，上述基于数理统计原理的可视化演示装置，所述储球箱内底部为向下凹陷的椭球面或者球面，所述下球通道与所述储球箱的连通处位于所述储球箱侧面上端。

优选的，上述基于数理统计原理的可视化演示装置，还包括计数组件和显示器；

所述计数组件包括安装在所述下球通道内的颜色识别传感器和计数器；

所述显示器安装在所述储球箱外侧面；

所述颜色识别传感器、所述计数器和所述显示器分别与所述控制器连接。

与现有技术相比，本发明提供的基于数理统计原理的可视化演示装置，具有以下有益效果：

1、本发明通过水平动力组件和竖直动力组件来控制抓球组件在空间内位移，利用抓球组件随机抓取演示球，利用下球通道接收，通过控制器实现智能化控制，可模拟取球事件的概率问题。整个演示过程可视化、智能化，形象生动，便于学生理解。

2、所述下球通道与所述储球箱的内部连通，演示球经过下球通道最终回落入储球箱内，保证每次取球时储球箱内部的演示球数量均为相等。

3、两种实施例的抓球组件和竖直动力组件配合使用，结构灵活。

4、通过设置计数组件和显示器，能够对多种颜色演示球进行快速统计。

附图说明

图1为本发明的抓球组件位于储球箱内的立体结构示意图；

图2为本发明的抓球组件位于下球通道上方的立体结构示意图；

图3为本发明的抓球组件位于储球箱内的剖面结构示意图；

图4为本发明的水平板与滑动块的连接示意图；

图5为本发明实施例1的竖直动力组件与抓球组件的连接示意图；

图6为本发明实施例2的竖直动力组件与抓球组件的连接示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例1

一种基于数理统计原理的可视化演示装置，如图1-6所示，包括储球箱1以及位于储球箱1内的若干演示球11，储球箱1用于存储演示球11，演示球11的数量根据需要统计的样本量而定。储球箱1一侧壁上固定安装有支撑板2，支撑板2上安装有水平板3，水平板3上还安装有用于控制抓球组件沿水平方向移动的水平动力组件，水平动力组件上安装有能控制抓球组件沿竖直方向移动的竖直动力组件，竖直动力组件上安装有抓球组件。利用竖直动力组件控制抓球组件下移至储球箱1内接近底部的位置，抓球组件随机抓取演示球11，然后再利用水平动力组件控制抓球组件将其内部演示球11转移至固定于储球箱1上的下球通道4内。下球通道4与支撑板2分别位于储球箱1两对的两侧壁上。

水平动力组件包括水平滑动连接在水平板3上的滑动块301和控制滑动块301水平位移的水平位移电机。

竖直动力组件包括平行设置的第一电动伸缩杆31、第二电动伸缩杆32，第一电动伸缩杆31的固定端和第二电动伸缩杆32的固定端均固定连接在滑动块301上，第一电动伸缩杆31的活动端固定连接有衔接盘33，衔接盘33上安装有滑轮，第二电动伸缩杆32的活动端竖直设置有滑轨，滑轮与滑轨匹配滑接，使滑衔接盘33动连接在第二电动伸缩杆32的活动端。

抓球组件结构如下：包括固定盘5、至少三个机械爪51和一个储球袋52，固定盘5位于水平板3与衔接盘33之间，且固定盘5穿接并上下活动连接在第一电动伸缩杆31上，固定盘5还穿接并固定连接在第二电动伸缩杆32上的活动端；机械爪51的顶部通过转轴转动连接在固定盘5上，所有的机械爪51围绕固定盘5均匀分布，衔接盘33上通过转轴转动连接有与机械爪51数量相等且一一对应设置的衔接杆511，衔接杆511远离衔接盘33的一端还与相应的机械爪51中部通过转轴转动连接。储球袋52套设在所有的机械爪51外部，且储球袋52的袋口朝上，袋底与机械爪51底部抵接，并且允许袋底向所有机械爪51围绕的空间内凸起。

储球箱1上设置有控制器和开关面板，控制器分别与第一电动伸缩杆31、第二电动伸缩杆32、水平位移电机和开关面板电连接或者无线连接。开关面板上设置有分别控制第一电动伸缩杆31、第二电动伸缩杆32、水平位移电机工作的相应开关。

本发明的取球过程如下：首先利用控制器控制水平位移电机，使整个抓球组件位于储球箱1中央上方。接着利用控制器控制第一电动伸缩杆31控制衔接盘33向上移动，带动机械爪51打开。再利用控制器控制第一电动伸缩杆31、第二电动伸缩杆32同时同速率下移。优选的，第一电动伸缩杆31、第二电动伸缩杆32相同，便于控制二者以相同速率下移。调整抓球组件的高度，使其位于能将演示球11抓取的高度，然后维持第二电动伸缩杆32不动，此时固定盘5也固定不动。接着利用控制器控制第一电动伸缩杆31控制衔接盘33向下移动，带动机械爪51闭合。当机械爪51打开时，则机械爪51底部与储球袋52袋底组成一个能抓取演示球11的捞网，机械爪51闭合后则将演示球11抓取，储球袋52袋底向机械爪51内部凸起，形成一个小的抓球囊。通过设定捞网的尺寸，即可限定一次性能抓取的演示球11的数量。抓取结束后，同时调整第一电动伸缩杆31和第二电动伸缩杆32的高度，使抓球组件离开储球箱1，然后利用控制器控制水平位移电机，使抓球组件移动至下球通道4上方，抓球囊位置对准下球通道4顶部开口，再单独控制第一电动伸缩杆31上移，打开机械爪51，将演示球11释放入下球通道4内，下球通道4采用透明管道，即可人工统计取球数量，对于演示球11为两种颜色时，可分别统计每次不同颜色演示球11的取球数量，便于概率计算。

优选的，为了保证每次取球时储球箱1内部的演示球11数量均为相等，下球通道4与储球箱1的内部连通，演示球11经过下球通道4最终回落入储球箱1内。

优选的，为了保证抓取效果，储球箱1内底部为向下凹陷的椭球面或者球面，下球通道4与储球箱1的连接处位于储球箱1侧面上端。重力的作用可以使所有演示球11聚集，再次回落入储球箱1内的演示球11对剩余的演示球11进行冲击，重新混合，充分保证随机性。

优选的，为了保证下球通道4能够接到演示球11，下球通道4顶部采用喇叭形开口。

实施例2

本实施例与实施例1的结构基本相同，区别如图6所示，在于，

竖直动力组件为第三电动伸缩杆6，第三电动伸缩杆6的固定端滑动连接在滑动块301上。

抓球组件结构如下：包括固定盘5、至少两个机械掌7，固定盘5顶部通过螺丝可拆卸连接在第三电动伸缩杆6的活动端，机械掌7的顶部通过铰链转动连接在固定盘5上，所有的机械掌7围绕固定盘5均匀分布，且所有的机械掌7与固定盘5能拼接呈蛋壳形状，固定盘5上还安装有控制机械掌7转动的角位移电机。角位移电机与机械掌7数量相等，且能控制相应的机械掌在竖直平面内转动。所有角位移电机和第三电动伸缩杆6分别与控制器无线连接或者电连接，开关面板上设置有控制角位移电机和第三电动伸缩杆6工作的开关。

本实施例抓取演示球11的工作原理如下，首先利用控制器控制水平位移电机，使整个抓球组件位于储球箱1中央上方。然后利用控制器控制角位移电机工作，使机械掌7打开呈花瓣形，接着利用控制器控制第三电动伸缩杆6向下移动至能够抓取到演示球11的位置，在利用控制器控制角位移电机工作，使机械掌7闭合呈蛋壳形状，闭合的过程中演示球11落入“蛋壳”内，抓取结束。调整第三电动伸缩杆6的高度，使其离开储球箱1，然后利用控制器控制水平位移电机，使抓球组件移动至下球通道4上方，机械掌7底部位置对准下球通道4顶部开口，利用控制器打开机械掌7，将演示球11释放入下球通道4内。设计机械掌7的尺寸，使他们形成的“蛋壳”一次只能容纳特定数量的演示球11。固定盘5的可拆卸安装，使得能够根据需要抓取的演示球11数量更换不同尺寸的抓球组件。

实施例3

为了便于三种及三种以上颜色演示球11进行快速统计，本实施例在实施例1或者实施例2的基础上增加了计数组件和显示器。下球通道4上安装有能够对演示球11数量进行统计的计数组件。计数组件包括安装在下球通道4内的颜色识别传感器和计数器，显示器安装在储球箱外侧面；颜色识别传感器、计数器和显示器分别与控制器无线连接或者电连接。颜色识别传感器用于对落入下球通道4的演示球11颜色进行识别，并反馈给控制器，控制器控制计数器对不同颜色进行计数，并通过显示器显示对应颜色的演示球11数量，便于学生快速识别所取演示球11数量。

需要说明的是，本发明中未特别提及的部件连接关系均默认采用现有技术，由于其不涉及发明点，且为现有技术普遍应用，故不详述结构连接关系。

需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于数理统计原理的可视化演示装置，其特征在于，包括：

储球箱(1)，用于存储演示球(11)；

支撑板(2)，其固定于所述储球箱(1)一侧壁上；

水平板(3)，其固定于所述支撑板(2)上；

水平动力组件，其滑动安装于所述水平板(3)上，用于控制抓球组件水平位移；

竖直动力组件，其安装于所述水平动力组件上，用于控制抓球组件竖直位移；

抓球组件，其安装于所述竖直动力组件上，用于抓取储演示球(11)；

下球通道(4)，其固定于所述储球箱(1)上。

2.根据权利要求1所述的基于数理统计原理的可视化演示装置，其特征在于，所述水平动力组件包括：

滑动块(301)，其水平滑动连接在所述水平板(3)上，所述竖直动力组件安装在所述滑动块(301)上；

水平位移电机，其安装在滑动块(301)上，用于控制所述滑动块(301)水平位移；

控制器，其安装在所述储球箱(1)上，并与所述水平位移电机连接。

3.根据权利要求2所述的基于数理统计原理的可视化演示装置，其特征在于，所述竖直动力组件包括：

第一电动伸缩杆(31)、第二电动伸缩杆(32)，二者的固定端均固定连接在所述滑动块(301)上；

衔接盘(33)，其固定于所述第一电动伸缩杆(31)的活动端，所述衔接盘(33)还与所述第二电动伸缩杆(32)的活动端滑动连接；所述抓球组件安装在所述衔接盘(33)上；

所述控制器还分别与所述第一电动伸缩杆(31)、所述第二电动伸缩杆(32)连接。

4.根据权利要求3所述的基于数理统计原理的可视化演示装置，其特征在于，所述抓球组件包括：

固定盘(5)，其位于所述水平板(3)与所述衔接盘(33)之间，且所述固定盘(5)穿接并上下活动连接在所述第一电动伸缩杆(31)上，所述固定盘(5)还穿接并固定连接在所述第二电动伸缩杆(32)上的活动端；

至少三个机械爪(51)，其顶部转动连接在所述固定盘(5)上；

与所述机械爪(51)数量相等且一一对应设置的衔接杆(511)，其一端转动连接在所述衔接盘(33)上，另一端与相应的所述机械爪(51)转动连接；

储球袋(52)，其套设在所有的机械爪(51)外部，袋底与所述机械爪(51)底部抵接，并且允许袋底向所有所述机械爪(51)围绕的空间内凸起。

5.根据权利要求2所述的基于数理统计原理的可视化演示装置，其特征在于，所述竖直动力组件为第三电动伸缩杆(6)，所述第三电动伸缩杆(6)的固定端滑动连接在所述滑动块(301)上；

所述抓球组件包括：

固定盘(5)，其顶部可拆卸连接在所述第三电动伸缩杆(6)的活动端；

至少两个机械掌(7)，其顶部转动连接在所述固定盘(5)上；

与机械掌(7)数量相等的角位移电机，其安装在所述固定盘(5)上，用于控制相应的机械掌(7)转动，所有所述角位移电机以及所述第三电动伸缩杆(6)分别与所述控制器连接。

6.根据权利要求4或5所述的基于数理统计原理的可视化演示装置，其特征在于，所述下球通道(4)与所述储球箱(1)的内部连通。

7.根据权利要求6所述的基于数理统计原理的可视化演示装置，其特征在于，所述下球通道(4)顶部采用喇叭形开口。

8.根据权利要求6所述的基于数理统计原理的可视化演示装置，其特征在于，所述储球箱(1)内底部为向下凹陷的椭球面或者球面，所述下球通道(4)与所述储球箱(1)的连通处位于所述储球箱(1)侧面上端。

9.根据权利要求6所述的基于数理统计原理的可视化演示装置，其特征在于，还包括计数组件和显示器；

所述计数组件包括安装在所述下球通道(4)内的颜色识别传感器和计数器；

所述显示器安装在所述储球箱(1)外侧面；

所述颜色识别传感器、所述计数器和所述显示器分别与所述控制器连接。

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