CN113539043A - 一种电子信息工程物联网综合实验设备、系统及其实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于物联网领域，尤其是涉及一种电子信息工程物联网综合实验设备、系统及其实验方法，包括AGV托盘以及固定连接在AGV托盘上的放置架，所述放置架的上侧设置有：第一旋转臂，所述第一旋转臂包括驱动臂以及固定连接在驱动臂上端的夹板，所述夹板的中部转动连接有第一转动板，所述驱动臂的内部设置有用于驱动第一转动板旋转的驱动电机；第二旋转臂，所述第二旋转臂的结构与第一旋转臂相同，所述第二旋转臂的上端设置有第二转动板，所述第二旋转臂的下端固定连接有直线推杆。本发明可夹取不同大小和形状的零部件，展示效果好，同时学生参与感强，教学效果好。
Description
技术领域
本发明属于物联网领域，尤其是涉及一种电子信息工程物联网综合实验设备、系统及其实验方法。
背景技术
物联网以感知为目的，全面实现人与人、人与物、物与物互联。物联网技术结合了传感技术、自动识别技术、网络通信、移动计算、系统工程等方面技术，涉及网络结构与通信协议、软件体系结构与中间件、计算平台、应用与服务的设计与开发，是集计算机专业、通信专业、自动化专业为一体的交叉学科，是一个典型的基于工程应用的学科。
在物联网进行教学过程中，常使用到物联网综合实验设备进行仿真实验模拟和展示，最为常见的就是自动化运输模型，然而已有的实验教学自动化运输模型技术相对落后、在进行教学的过程中，仅能对单一形状和大小的零部件进行夹取，学生参与感差，不能有直观的认识，影响实验教学效果。
为此，我们提出一种电子信息工程物联网综合实验设备、系统及其实验方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种可夹取不同大小和形状的零件，学生参与感强，实验过程展示度高，教学效果好的电子信息工程物联网综合实验设备及其实验方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种电子信息工程物联网综合实验设备，包括AGV托盘以及固定连接在AGV托盘上的放置架，所述放置架的上侧设置有：
第一旋转臂，所述第一旋转臂包括驱动臂以及固定连接在驱动臂上端的夹板，所述夹板的中部转动连接有第一转动板，所述驱动臂的内部设置有用于驱动第一转动板旋转的驱动电机；
第二旋转臂，所述第二旋转臂的结构与第一旋转臂相同，所述第二旋转臂的上端设置有第二转动板，所述第二旋转臂的下端固定连接有直线推杆，所述直线推杆的下端设置有固定连接在第一转动板上端的第一圆盘电机；
固定组件，所述固定组件包括与第二转动板固定连接的控制架以及设置在控制架前端的两个控制臂；
夹取组件，所述夹取组件包括与控制臂固定连接的定位板以及设置在定位板相互靠近一侧的若干活动卡杆，所述活动卡杆的截面为六边形。
在上述的一种电子信息工程物联网综合实验设备中，所述第一旋转臂的下端设置有第二圆盘电机，驱动电机的上端输出轴固定连接有卷线辊，所述卷线辊的环侧对称开设有第一卷线槽和第二卷线槽，所述第一卷线槽和第二卷线槽分别卷绕有第一拉绳和第二拉绳。
在上述的一种电子信息工程物联网综合实验设备中，所述第一转动板的上下两侧分别固定连接有固定块，两个所述固定块分别与第一拉绳和第二拉绳的端部固定连接。
在上述的一种电子信息工程物联网综合实验设备中，所述第一拉绳和第二拉绳和第二拉绳的卷绕方向相反，所述驱动臂的内部对应第一拉绳和第二拉绳的位置分别设置有第一转向环和第二转向环，所述第一转向环和第二转向环相互垂直设置。
在上述的一种电子信息工程物联网综合实验设备中，所述控制架包括固定连接在第二转动板上端的U形架，所述U形架的中部固定连接有方管以及反向螺杆，所述方管与反向螺杆平行设置。
在上述的一种电子信息工程物联网综合实验设备中，所述控制臂与反向螺杆螺纹连接且彼此之间对称设置，所述反向螺杆的端部穿过U形架固定连接有驱动马达。
在上述的一种电子信息工程物联网综合实验设备中，所述定位板的前侧设置有由于定位零部件的RIFD识别区，所述定位板的内部开设有活动腔，所述活动卡杆相互远离的一端固定连接有复位弹簧。
一种电子信息工程物联网综合实验设备的实验方法，所述方法包括以下步骤：
S1、在进行演示实验时，首先对各部件进行调试，确保各部件之间正常运转，通过AGV托盘控制设备移动，并通过RIFD识别区对零部件的位置进行定位；
S2、在移动至零部件附近后，通过第一旋转臂以及第二圆盘电机调整夹取组件的角度和位置，具体通过内部的驱动电机控制卷线辊旋转，通过卷线辊的正转和反转完成对第一拉绳和第二拉绳的卷绕和放松；
S3、在第一拉绳和第二拉绳张紧的过程中，由于第一转动板与夹板之间转动连接，以转动轴为支点，通过第一拉绳和第二拉绳的张紧控制第一转动板的角度；
S4、同样的道理，通过第二旋转臂调整固定组件以及夹取组件的角度和位置，通过第一圆盘电机与直线推杆进一步定位夹取组件的位置，使其正对待夹取的零部件；
S5、调整好夹取组件的位置后，启动驱动马达，带动反向螺杆旋转，使两个控制臂与定位板相互靠近，至将零部件夹紧；
S6、由于活动卡杆的截面为六边形，在与零部件相接触时，可通过自身的移动对零部件进行较好的固定，将夹取后的零部件提升，按照相同的方式将零部件放入放置架内部即可。
在上述的一种电子信息工程物联网综合实验设备中，所述放置架(2)的内部设置有实验箱(34)，所述实验箱(34)的内部设置有：
感知模块，所述感知模块包括用于采集环境信息的信息采集组件、甄别周围信息的识别扫描组件、对试验设备进行定位的定位组件以及协议继电器组件；
传输模块，所述传输模块包括可通过不同方式进行信息远近传输的局域网通信组件、Wifi通信组件、蓝牙通信组件、ZigBee组件、RIFD通信组件以及GPRS通信组件；
应用模块，所述应用模块包括用于处理信息传输的微处理器、用于云端模拟应用的云服务器以及用于深度学习的LSTM组件，所述微处理器包括分别用于传输不同路径信息的Web服务接口以及移动端服务接口。
在上述的一种电子信息工程物联网综合实验设备中，所述信息采集组件包括分别用于采集相关环境信息的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器、红外传感器、3D位移传感器、色彩传感器、可燃气体传感器。
在上述的一种电子信息工程物联网综合实验设备中，所述识别扫描组件包括用于识别二维码信息的扫码机构以及用于目标识别的射频识别机构。
在上述的一种电子信息工程物联网综合实验设备中，所述客户端设备包括学生端设备以及教师端设备。
在上述的一种电子信息工程物联网综合实验设备中，所述云服务器存储有演示实验，所述演示实验包括环境监测演示实验、出入管理演示实验、智能家居演示实验、城市防洪演示实验、智能抄表演示实验、出入管理演示实验、步进电机实验、图像采集试验，所述演示实验分别与不同的的信息采集组件以及通信组件相互对应。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过设置定位板以及截面为六边形的活动卡杆，通过活动卡杆的伸缩可自动适应不同形状和大小的零部件，在教学过程中，可展示给不同年龄群体的学生使用，展示效果好，学生参与感强，可有效提高教学效果；
2、本发明通过设置第一旋转臂以及第二旋转臂，可更为精确的调整夹取组件的角度和位置，从而可有效提高夹取效率；。
3、本发明通过设置本发明通过设置圆盘电机以及直线推杆，进一步提高了夹取组件的夹取能力，提高了实验效率。
4、本发明通过设置卷线辊以及第一拉绳和第二拉绳，通过拉绳的卷绕控制旋转臂角度的改变，可大打减少整体质量，降低制造成本，传动效果好。
5、本发明通过设置可通过不同方式进行信息远近传输的局域网通信组件、Wifi通信组件、蓝牙通信组件、ZigBee组件、RIFD通信组件以及GPRS通信组件，可根据使用需求满足不同年级、不同层次的学生的使用。
6、本发明通过设置教师端设备以及学生端设备，在经过授权后，学生可在学生端设备自行下达指令进行实验，学生参与度高。
7、本发明通过设置多种不同种类的演示实验，可根据学生年级以及层次的不同，选择相应的实验，同时通过云服务器，可有效降低AGV小车的正常运转负荷，同时提高数据处理效率。
8、本发明通过设置多种不同的传感器，可根据实验的不同，自行运转相应的传感器，无需采集多余数据从而有效提高实验运行效率，达到提高实验效果的目的。
9、本发明通过设置LSTM组件，可通过LSTM组件对AGV小车的行为习惯进行深度学习，从而有效提高AGV小车的抗干扰能力，提高教学效果。
附图说明
图1是本发明提供的一种电子信息工程物联网综合实验设备的结构示意图；
图2是本发明提供的一种电子信息工程物联网综合实验设备的第二旋转臂与固定组件的结构示意图；
图3是本发明提供的一种电子信息工程物联网综合实验设备的驱动臂内部结构示意图；
图4是本发明提供的一种电子信息工程物联网综合实验设备的定位板与活动卡杆的结构示意图；
图5是本发明提供的一种电子信息工程物联网综合实验设备的活动卡杆与复位弹簧的连接示意图；
图6是本发明提供的一种电子信息工程物联网综合实验设备的实验箱的结构示意图；
图7是本发明提供的一种电子信息工程物联网综合实验设备的实验流程示意图。
图中，1、AGV托盘；2、放置架；3、第一旋转臂；4、驱动臂；5、夹板；6、第一转动板；7、驱动电机；8、第二旋转臂；9、第二转动板；10、直线推杆；11、第一圆盘电机；12、固定组件；13、控制架；14、控制臂；15、夹取组件；16、定位板；17、活动卡杆；18、第二圆盘电机；19、卷线辊；20、第一卷线槽；21、第二卷线槽；22、第一拉绳；23、第二拉绳；24、固定块；25、第一转向环；26、第二转向环；27、U形架；28、方管；29、反向螺杆；30、驱动马达；31、RIFD识别区；32、活动腔；33、复位弹簧；34、实验箱。
具体实施方式
以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
如图1-3所示，一种电子信息工程物联网综合实验设备，包括AGV托盘1以及固定连接在AGV托盘1上的放置架2，AGV托盘1的底部装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，从而进行教学效果展示，此为现有技术，不做详细解释，放置架2的上侧设置有：
第一旋转臂3，第一旋转臂3包括驱动臂4以及固定连接在驱动臂4上端的夹板5，夹板5的中部转动连接有第一转动板6，第一转动板6可在夹板5内发生转动，驱动臂4的内部设置有用于驱动第一转动板6旋转的驱动电机7；
第二旋转臂8，第二旋转臂8的结构与第一旋转臂3相同，工作原理以及结构相同，第二旋转臂8的上端设置有第二转动板9，第二旋转臂8的下端固定连接有直线推杆10，直线推杆10的下端设置有固定连接在第一转动板6上端的第一圆盘电机11，设置圆盘电机以及直线推杆，进一步提高了夹取组件的夹取能力；
固定组件12，固定组件12包括与第二转动板9固定连接的控制架13以及设置在控制架13前端的两个控制臂14，通过控制架13可控制控制臂14的相互靠近或远离；
夹取组件15，夹取组件15包括与控制臂14固定连接的定位板16以及设置在定位板16相互靠近一侧的若干活动卡杆17，活动卡杆17的截面为六边形，定位板16以及截面为六边形的活动卡杆17，通过活动卡杆17的伸缩可自动适应不同形状和大小的零部件。
第一旋转臂3的下端设置有第二圆盘电机18，可控制第一旋转臂3旋转，驱动电机7的上端输出轴固定连接有卷线辊19，卷线辊19的环侧对称开设有第一卷线槽20和第二卷线槽21，第一卷线槽20和第二卷线槽21分别卷绕有第一拉绳22和第二拉绳23，通过卷线辊19的转动可控制第一拉绳22和第二拉绳23分别在第一卷线槽20和第二卷线槽21的收放。
第一转动板6的上下两侧分别固定连接有固定块24，两个固定块24分别与第一拉绳22和第二拉绳23的端部固定连接，在第一拉绳22和第二拉绳23收放的过程中，由于第一转动板6与夹板5之间转动连接，以转动轴为支点，通过第一拉绳22和第二拉绳23的张紧控制第一转动板6的角度。
第一拉绳22和第二拉绳23和第二拉绳23的卷绕方向相反，驱动臂4的内部对应第一拉绳22和第二拉绳23的位置分别设置有第一转向环25和第二转向环26，第一转向环25和第二转向环26相互垂直设置，第一转向环25和第二转向环26均用于改变第一拉绳22或第二拉绳23的牵引方向。
控制架13包括固定连接在第二转动板9上端的U形架27，U形架27的中部固定连接有方管28以及反向螺杆29，方管28与反向螺杆29平行设置，控制臂14与反向螺杆29螺纹连接且彼此之间对称设置，反向螺杆29的端部穿过U形架27固定连接有驱动马达30，启动驱动马达30，可带动反向螺杆29旋转，通过方管28的限制，可使两个控制臂14与定位板16相互靠近，至将零部件夹紧。
定位板16的前侧设置有由于定位零部件的RIFD识别区31，定位板16的内部开设有活动腔32，活动卡杆17相互远离的一端固定连接有复位弹簧33，设置活动腔32便于活动卡杆17的伸缩，通过复位弹簧33可对活动卡杆17进行复位。
放置架2的内部设置有实验箱34，实验箱34的内部设置有：
感知模块，感知模块包括用于采集环境信息的信息采集组件、甄别周围信息的识别扫描组件、对试验设备进行定位的定位组件以及协议继电器组件；
传输模块，传输模块包括可通过不同方式进行信息远近传输的局域网通信组件、Wifi通信组件、蓝牙通信组件、ZigBee组件、RIFD通信组件以及GPRS通信组件；
应用模块，应用模块包括用于处理信息传输的微处理器、用于云端模拟应用的云服务器以及用于深度学习的LSTM组件，微处理器包括分别用于传输不同路径信息的Web服务接口以及移动端服务接口。
信息采集组件包括分别用于采集相关环境信息的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器、红外传感器、3D位移传感器、色彩传感器、可燃气体传感器。
识别扫描组件包括用于识别二维码信息的扫码机构以及用于目标识别的射频识别机构。
客户端设备包括学生端设备以及教师端设备。
云服务器存储有演示实验，演示实验包括环境监测演示实验、出入管理演示实验、智能家居演示实验、城市防洪演示实验、智能抄表演示实验、出入管理演示实验、步进电机实验、图像采集试验，演示实验分别与不同的的信息采集组件以及通信组件相互对应。
工作原理如下：
在进行演示实验时，通过AGV托盘1控制设备移动，并通过RIFD识别区31对零部件的位置进行定位；在移动至零部件附近后，通过第一旋转臂3以及第二圆盘电机18调整夹取组件15的角度和位置，具体通过内部的驱动电机7控制卷线辊19旋转，通过卷线辊19的正转和反转完成对第一拉绳22和第二拉绳23的卷绕和放松。
在第一拉绳22和第二拉绳23张紧的过程中，由于第一转动板6与夹板5之间转动连接，以转动轴为支点，通过第一拉绳22和第二拉绳23的张紧控制第一转动板6的角度；同样的道理，通过第二旋转臂8调整固定组件12以及夹取组件15的角度和位置，通过第一圆盘电机11与直线推杆10进一步定位夹取组件15的位置，使其正对待夹取的零部件，调整好夹取组件15的位置后，启动驱动马达30，带动反向螺杆29旋转，使两个控制臂14与定位板16相互靠近，至将零部件夹紧。
由于活动卡杆17的截面为六边形，在与零部件相接触时，可通过自身的移动对零部件进行较好的固定，将夹取后的零部件提升，按照相同的方式将零部件放入放置架2内部即可，方便快捷可夹取不同大小和形状的零部件，展示效果好，同时学生参与感强，教学效果好。
从教师端设备下达指令，将指令通过局域网通信组件、Wifi通信组件、蓝牙通信组件、ZigBee组件、RIFD通信组件以及GPRS通信组件中的一种传递至微处理器进行数据处理；微处理器经Web服务接口将指令传递至云服务器，匹配相应的演示实验，确定所需要采集的环境信息，并通过微处理器将待采集信息指令传输给感知模块；感知模块根据指令，通过协议继电器组件控制启动相应的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器、红外传感器、3D位移传感器、色彩传感器以及可燃气体传感器，对所需要的环境信息进行采集，同时根据需要启动识别扫描组件以及定位组件，获取相关信息；通过ZigBee组件将采集到的环境信息传输至微处理器，并经过web服务接口将环境信息传递至云服务器，匹配相应的演示实验进行仿真模拟；模拟过程中，通过AGV托盘控制设备移动，同时将仿真模拟的过程通过微处理器传递至显示屏进行播放，同时通过传输模块将实验信息传递至客户端设备。通过微处理器控制AGV小车移动，进行实验教学展示，在此过程中，通过LSTM组件对AGV小车的行为模式进行深度学习。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电子信息工程物联网综合实验设备，包括AGV托盘(1)以及固定连接在AGV托盘(1)上的放置架(2)，其特征在于：所述放置架(2)的上侧设置有：
第一旋转臂(3)，所述第一旋转臂(3)包括驱动臂(4)以及固定连接在驱动臂(4)上端的夹板(5)，所述夹板(5)的中部转动连接有第一转动板(6)，所述驱动臂(4)的内部设置有用于驱动第一转动板(6)旋转的驱动电机(7)；
第二旋转臂(8)，所述第二旋转臂(8)的结构与第一旋转臂(3)相同，所述第二旋转臂(8)的上端设置有第二转动板(9)，所述第二旋转臂(8)的下端固定连接有直线推杆(10)，所述直线推杆(10)的下端设置有固定连接在第一转动板(6)上端的第一圆盘电机(11)；
固定组件(12)，所述固定组件(12)包括与第二转动板(9)固定连接的控制架(13)以及设置在控制架(13)前端的两个控制臂(14)；
夹取组件(15)，所述夹取组件(15)包括与控制臂(14)固定连接的定位板(16)以及设置在定位板(16)相互靠近一侧的若干活动卡杆(17)，所述活动卡杆(17)的截面为六边形。
2.根据权利要求1所述的一种电子信息工程物联网综合实验设备，其特征在于：所述第一旋转臂(3)的下端设置有第二圆盘电机(18)，驱动电机(7)的上端输出轴固定连接有卷线辊(19)，所述卷线辊(19)的环侧对称开设有第一卷线槽(20)和第二卷线槽(21)，所述第一卷线槽(20)和第二卷线槽(21)分别卷绕有第一拉绳(22)和第二拉绳(23)，所述第一转动板(6)的上下两侧分别固定连接有固定块(24)，两个所述固定块(24)分别与第一拉绳(22)和第二拉绳(23)的端部固定连接，所述第一拉绳(22)和第二拉绳(23)和第二拉绳(23)的卷绕方向相反，所述驱动臂(4)的内部对应第一拉绳(22)和第二拉绳(23)的位置分别设置有第一转向环(25)和第二转向环(26)，所述第一转向环(25)和第二转向环(26)相互垂直设置。
3.根据权利要求1所述的一种电子信息工程物联网综合实验设备，其特征在于：所述控制架(13)包括固定连接在第二转动板(9)上端的U形架(27)，所述U形架(27)的中部固定连接有方管(28)以及反向螺杆(29)，所述方管(28)与反向螺杆(29)平行设置，所述控制臂(14)与反向螺杆(29)螺纹连接且彼此之间对称设置，所述反向螺杆(29)的端部穿过U形架(27)固定连接有驱动马达(30)。
4.根据权利要求1所述的一种电子信息工程物联网综合实验设备，其特征在于：所述定位板(16)的前侧设置有由于定位零部件的RIFD识别区(31)，所述定位板(16)的内部开设有活动腔(32)，所述活动卡杆(17)相互远离的一端固定连接有复位弹簧(33)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种电子信息工程物联网综合实验设备的实验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S1、在进行演示实验时，首先对各部件进行调试，确保各部件之间正常运转，通过AGV托盘(1)控制设备移动，并通过RIFD识别区(31)对零部件的位置进行定位；
S2、在移动至零部件附近后，通过第一旋转臂(3)以及第二圆盘电机(18)调整夹取组件(15)的角度和位置，具体通过内部的驱动电机(7)控制卷线辊(19)旋转，通过卷线辊(19)的正转和反转完成对第一拉绳(22)和第二拉绳(23)的卷绕和放松；
S3、在第一拉绳(22)和第二拉绳(23)张紧的过程中，由于第一转动板(6)与夹板(5)之间转动连接，以转动轴为支点，通过第一拉绳(22)和第二拉绳(23)的张紧控制第一转动板(6)的角度；
S4、同样的道理，通过第二旋转臂(8)调整固定组件(12)以及夹取组件(15)的角度和位置，通过第一圆盘电机(11)与直线推杆(10)进一步定位夹取组件(15)的位置，使其正对待夹取的零部件；
S5、调整好夹取组件(15)的位置后，启动驱动马达(30)，带动反向螺杆(29)旋转，使两个控制臂(14)与定位板(16)相互靠近，至将零部件夹紧；
S6、由于活动卡杆(17)的截面为六边形，在与零部件相接触时，可通过自身的移动对零部件进行较好的固定，将夹取后的零部件提升，按照相同的方式将零部件放入放置架(2)内部即可。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的一种电子信息工程物联网综合实验设备的系统，其特征在于：所述放置架(2)的内部设置有实验箱(34)，所述实验箱(34)的内部设置有：
感知模块，所述感知模块包括用于采集环境信息的信息采集组件、甄别周围信息的识别扫描组件、对试验设备进行定位的定位组件以及协议继电器组件；
传输模块，所述传输模块包括可通过不同方式进行信息远近传输的局域网通信组件、Wifi通信组件、蓝牙通信组件、ZigBee组件、RIFD通信组件以及GPRS通信组件；
应用模块，所述应用模块包括用于处理信息传输的微处理器、用于云端模拟应用的云服务器以及用于深度学习的LSTM组件，所述微处理器包括分别用于传输不同路径信息的Web服务接口以及移动端服务接口。
7.根据权利要求6所述的一种电子信息工程物联网综合实验设备的系统：所述信息采集组件包括分别用于采集相关环境信息的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器、红外传感器、3D位移传感器、色彩传感器、可燃气体传感器。
8.根据权利要求6所述的一种电子信息工程物联网综合实验设备的系统：所述识别扫描组件包括用于识别二维码信息的扫码机构以及用于目标识别的射频识别机构。
9.根据权利要求6所述的一种电子信息工程物联网综合实验设备的系统：所述客户端设备包括学生端设备以及教师端设备。
10.根据权利要求6所述的一种电子信息工程物联网综合实验设备的系统：所述云服务器存储有演示实验，所述演示实验包括环境监测演示实验、出入管理演示实验、智能家居演示实验、城市防洪演示实验、智能抄表演示实验、出入管理演示实验、步进电机实验、图像采集试验，所述演示实验分别与不同的的信息采集组件以及通信组件相互对应。
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-
2021
- 2021-07-14 CN CN202110795238.8A patent/CN113539043A/zh active Pending
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