CN114973903A - 一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，包括底盘，所述底盘顶面设置有三个环形分布的导向机构，三个所述导向机构之间通过连接件相互连接，所述底盘的上方设置有活动板，所述活动板呈正六边形结构，且每个顶角处均设置有一斜撑组件；本发明通过不同导向机构上的电机正反旋转配合工作，驱使螺纹套沿着导向槽的长度方向前后水平运动，使活动板在周围的斜撑组件的支撑下呈现不同倾斜姿态，进而使传动模拟机构随着活动板的倾斜模拟在自由度范围内的变化，即传动模拟机构满足于前后、上下及左右三个方向的移动和前后、上下及左右三面的旋转，模拟自由度更为全面、灵活，且直观地表达多自由度的变化。

Description

一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台
技术领域
本发明属于教学相关技术领域，具体涉及一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台。
背景技术
目前装备制造业正在朝着“智慧化”的先进控制技术方向发展，对于人才和技术有着迫切的市场需求，而先进控制技术涉及到智能控制算法与仿真、运动控制、实时通信技术、智能传感技术、机器人技术的综合学科应用，目前，大多数工厂都是对产品采用生产线的自动组装，为了培养教学实训的效果，所以需要建立智慧实训教学平台，来全面展现工厂的控制演示，而工厂内的智能设备大多数通过多自由度的机械构成。
自由度是根据机械原理，机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目(亦即为了使机构的位置得以确定，必须给定的独立的广义坐标的数目)，其数目常以F表示。如果一个构件组合体的自由度F＞0，他就可以成为一个机构，即表明各构件间可有相对运动；如果F＝0，则它将是一个结构，即已退化为一个构件。机构自由度又有平面机构自由度和空间机构自由度。一个原动件只能提供一个独立参数。
自由度大致有两种型式：旋转的自由度和移动的自由度，在平面中，只有三个自由度，一者为面旋转，二者为前后及左右两个移动，在立体中，有六个自由度，三个为前后、上下及左右三个移动和前后、上下及左右三面旋转，简单来说就是沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动把构建相对于参考系具有独立运动参数的数目称为构件的自由度，自由度的运用：自由度作为结构力学中的重要概念，是描述一个结构基本情况的基本参数，在结构分析中，将自由度作为主要未知数，而多自由度的设计是智能机械设备必须的，故而出现了多自由度模拟平台来辅助学生实践了解多自由度设备。
现有的模拟平台技术存在以下问题：现有的模拟平台所展示的自由度模拟较为单一，仅能够实现少量的自由度模拟演示，模拟自由度的方式较为死板，难以直观地表达多自由度的变化，此外难以模拟设备在多自由度内变化过程中的异角度传动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，以解决上述背景技术中提出的自由度模拟较为单一、难以模拟设备在多自由度内变化过程中的异角度传动问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，包括底盘，所述底盘顶面设置有三个环形分布的导向机构，三个所述导向机构之间通过连接件相互连接，所述底盘的上方设置有活动板，所述活动板呈正六边形结构，且每个顶角处均设置有一斜撑组件，每两个所述斜撑组件与一个导向机构对应连接，所述活动板的顶面固定连接有安装座，所述安装座的顶面固定连接有两个平行设置的支撑板，所述支撑板的顶部固定连接有支架，所述支架上设置有用于模拟异角度传动的传动模拟机构，所述导向机构驱动调节斜撑组件的倾斜角度，使传动模拟机构随着活动板的倾斜模拟在自由度范围内的变化。
优选的，所述导向机构包括壳体，所述壳体的一端固定连接有安装板，所述安装板与底盘固定连接，所述壳体的另一端固定安装有两个电机，所述壳体的顶部开设有两条平行设置的导向槽，所述导向槽的内侧设置丝杆，所述丝杆与壳体转动连接，所述丝杆的一端贯穿壳体并与电机固定连接，所述导向槽内滑动连接有螺纹套，所述螺纹套与丝杆螺纹连接。
优选的，所述连接件包括固定套盖，所述固定套盖固定套设在壳体的外侧，所述固定套盖的两侧固定连接有连接板，所述连接板的一端与另一个壳体上的固定套盖固定连接。
优选的，所述斜撑组件包括支撑杆，所述支撑杆的底端转动连接有第一转向轴，所述第一转向轴的一端铰接有第一连接轴，所述第一连接轴与螺纹套转动连接，所述支撑杆的顶端转动连接有第二转向轴，所述第二转向轴的一端铰接有第二连接轴，所述第二连接轴与活动板转动连接。
优选的，所述传动模拟机构包括第一弧形片与第二弧形片以及固定框，所述第一弧形片的中部位置固定连接有第一转杆，所述第一转杆与支架转动连接，所述第一转杆的外侧端同轴固定有转盘，所述转盘的边缘固定连接有手柄，所述固定框的两个对侧面固定连接有第一定位轴杆，所述第一定位轴杆与第一弧形片转动连接，所述固定框的另外两个对侧面固定连接有第二定位轴杆，所述第二定位轴杆与第二弧形片转动连接，所述第二弧形片的中部位置固定连接有第二转杆，所述第二转杆与支架转动连接，所述第二转杆的外侧端同轴固定有传动盘。
与现有模拟平台技术相比，本发明提供了一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，具备以下有益效果：
1、本发明通过不同导向机构上的电机正反旋转配合工作，驱使螺纹套沿着导向槽的长度方向前后水平运动，使活动板在周围的斜撑组件的支撑下呈现不同倾斜姿态，进而使传动模拟机构随着活动板的倾斜模拟在自由度范围内的变化，即传动模拟机构满足于前后、上下及左右三个方向的移动和前后、上下及左右三面的旋转，模拟自由度更为全面、灵活，且直观地表达多自由度的变化；
2、本发明通过手动操作传动模拟机构模拟异角度传动，具体为通过转动手柄带动第一弧形片以第一转杆的中心轴向为旋转中心进行转动，而第二弧形片能够以第二转杆的中心轴向为旋转中心进行转动，实现对异角度传动的模拟，能够满足于在多自由度内变化过程中的传动模拟；
3、本发明通过搭建智慧课堂模拟系统，使师生能够实时互动交流，并且提供一种学习状态展示平台，加强了二者之间的沟通，便于学生理解多自由度的知识。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1为本发明提出的多自由度模拟平台结构示意图；
图2为本发明提出的图1中A处放大结构示意图；
图3为本发明提出的多自由度模拟平台左视结构示意图；
图4为本发明提出的多自由度模拟平台右视结构示意图；
图5为本发明提出的多自由度模拟平台俯视结构示意图；
图6为本发明提出的传动模拟机构正视结构示意图；
图7为本发明提出的传动模拟机构正视剖面结构示意图；
图8为本发明提出的传动模拟机构俯视结构示意图；
图9为本发明提出的智慧课堂模拟系统示意图；
图中：1、底盘；2、导向机构；21、壳体；22、电机；23、导向槽；24、安装板；25、丝杆；26、螺纹套；3、连接件；31、连接板；32、固定套盖；4、斜撑组件；41、支撑杆；42、第一转向轴；43、第一连接轴；44、第二连接轴；45、第二转向轴；5、活动板；6、安装座；7、支撑板；8、支架；9、传动模拟机构；91、第一弧形片；92、第二弧形片；93、第一定位轴杆；94、第二定位轴杆；95、固定框；96、第一转杆；97、转盘；98、手柄；99、第二转杆；910、传动盘。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图8，本发明提供一种技术方案：一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，包括底盘1，底盘1顶面设置有三个环形分布的导向机构2，导向机构2包括壳体21，如图2所示，壳体21的一端固定连接有安装板24，安装板24与底盘1固定连接，壳体21的另一端固定安装有两个电机22，壳体21的顶部开设有两条平行设置的导向槽23，导向槽23的内侧设置丝杆25，丝杆25与壳体21转动连接，丝杆25的一端贯穿壳体21并与电机22的输出端固定连接，导向槽23内滑动连接有螺纹套26，螺纹套26与丝杆25螺纹连接，在当电机22工作时，可通过其输出轴带动丝杆25转动，通过螺纹套26与丝杆25的螺纹关系，同时在导向槽23对螺纹套26的滑动限位下，使得螺纹套26沿着导向槽23的长度方向水平运动。
需要说明的是，三个导向机构2之间通过连接件3相互连接，连接件3包括固定套盖32，如图1、2所示，固定套盖32固定套设在壳体21的外侧，固定套盖32的两侧固定连接有连接板31，连接板31的一端与另一个壳体21上的固定套盖32固定连接，使三个导向机构2之间构成三角连接体系，进而提高结构的稳定性。
值得提出的是，底盘1的上方设置有活动板5，活动板5呈正六边形结构，且每个顶角处均设置有一斜撑组件4，每两个斜撑组件4与一个导向机构2对应连接，斜撑组件4包括支撑杆41，如图1、2、3所示，支撑杆41的底端转动连接有第一转向轴42，第一转向轴42的一端铰接有第一连接轴43，第一连接轴43与螺纹套26转动连接，支撑杆41的顶端转动连接有第二转向轴45，第二转向轴45的一端铰接有第二连接轴44，第二连接轴44与活动板5转动连接，在当螺纹套26沿着导向槽23的长度方向水平运动的过程中，支撑杆41受到螺纹套26的带动下进行倾斜角度及倾斜方向的转换。
需要注意的是，活动板5的顶面固定连接有安装座6，安装座6的顶面固定连接有两个平行设置的支撑板7，支撑板7的顶部固定连接有支架8，支架8上设置有用于模拟异角度传动的传动模拟机构9，传动模拟机构9包括第一弧形片91与第二弧形片92以及固定框95，如图6、7、8所示，第一弧形片91的中部位置固定连接有第一转杆96，第一转杆96与支架8转动连接，第一转杆96的外侧端同轴固定有转盘97，转盘97的边缘固定连接有手柄98，固定框95的两个对侧面固定连接有第一定位轴杆93，第一定位轴杆93与第一弧形片91转动连接，固定框95的另外两个对侧面固定连接有第二定位轴杆94，第一定位轴杆93与第二定位轴杆94的轴向垂直，第二定位轴杆94与第二弧形片92转动连接，第二弧形片92的中部位置固定连接有第二转杆99，第二转杆99与支架8转动连接，第二转杆99的外侧端同轴固定有传动盘910，导向机构2驱动调节斜撑组件4的倾斜角度，使传动模拟机构9随着活动板5的倾斜模拟在自由度范围内的变化，通过转动手柄98带动第一弧形片91以第一转杆96的中心轴向为旋转中心进行转动，而第二弧形片92能够以第二转杆99的中心轴向为旋转中心进行转动，实现对异角度传动的模拟。
一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，还包括智慧课堂模拟系统，所述智慧课堂模拟系统包括数据服务器、云平台终端、讲师终端、学生终端以及传输模块。
其中，数据服务器，用于管理操控多自由度模拟平台的数据内容，包括系统的配置与管理、对多自由度模拟平台操控数据的存取与更新管理，保证数据的完整性与安全性，具有对数据库的查询和操纵功能，该功能包括数据库检索和修改。此外还具有数据库维护功能，包括数据导入/导出管理，数据库结构维护、数据恢复功能和性能监测。以及数据库并行运行，由于在同一时间，访问数据库的用户不止一个，所以数据库服务器必须支持并行运行机制，处理多个事件的同时发生，能够实现多台终端的同时操作，满足于智慧课堂教学需求；
云平台终端，由云平台客户端组成，云平台客户端包括讲师登录端、学生登录端，用户通过账号密码输入讲师登录端或学生登录端，进而进入智慧课堂的云平台终端，进入智慧教学的课堂中；
讲师终端，用于为讲师提供操控多自由度模拟平台及智慧课堂教学的设备，这些设备可包括电脑、电子黑板、投影仪、麦克风、以及课堂录像的摄像机或智能手机，进而便于讲师针对多自由度模拟平台开展智慧课堂教学；
学生终端，用于连接云平台终端，并接收讲师终端的教学内容，可以为同一平台下的学习机、智能手机、平板电脑、笔记本电脑等移动设备，能够对接云平台终端实现与智慧课堂的对接；
传输模块，用于云平台终端、讲师终端以及学生终端连接数据服务器，并实现云平台终端、讲师终端以及学生终端的网络互联，传输模块的信息传输方式可以为局域网、无线热点、WiFi覆盖、4G或5G信息连接，实现信息数据的传输、下载与上传。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，包括底盘(1)，其特征在于：所述底盘(1)顶面设置有三个环形分布的导向机构(2)，三个所述导向机构(2)之间通过连接件(3)相互连接，所述底盘(1)的上方设置有活动板(5)，所述活动板(5)呈正六边形结构，且每个顶角处均设置有一斜撑组件(4)，每两个所述斜撑组件(4)与一个导向机构(2)对应连接，所述活动板(5)的顶面固定连接有安装座(6)，所述安装座(6)的顶面固定连接有两个平行设置的支撑板(7)，所述支撑板(7)的顶部固定连接有支架(8)，所述支架(8)上设置有用于模拟异角度传动的传动模拟机构(9)，所述导向机构(2)驱动调节斜撑组件(4)的倾斜角度，使传动模拟机构(9)随着活动板(5)的倾斜模拟在自由度范围内的变化。
2.根据权利要求1所述的一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，其特征在于：所述导向机构(2)包括壳体(21)，所述壳体(21)的一端固定连接有安装板(24)，所述安装板(24)与底盘(1)固定连接，所述壳体(21)的另一端固定安装有两个电机(22)，所述壳体(21)的顶部开设有两条平行设置的导向槽(23)，所述导向槽(23)的内侧设置丝杆(25)，所述丝杆(25)与壳体(21)转动连接，所述丝杆(25)的一端贯穿壳体(21)并与电机(22)固定连接，所述导向槽(23)内滑动连接有螺纹套(26)，所述螺纹套(26)与丝杆(25)螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，其特征在于：所述连接件(3)包括固定套盖(32)，所述固定套盖(32)固定套设在壳体(21)的外侧，所述固定套盖(32)的两侧固定连接有连接板(31)，所述连接板(31)的一端与另一个壳体(21)上的固定套盖(32)固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，其特征在于：所述斜撑组件(4)包括支撑杆(41)，所述支撑杆(41)的底端转动连接有第一转向轴(42)，所述第一转向轴(42)的一端铰接有第一连接轴(43)，所述第一连接轴(43)与螺纹套(26)转动连接，所述支撑杆(41)的顶端转动连接有第二转向轴(45)，所述第二转向轴(45)的一端铰接有第二连接轴(44)，所述第二连接轴(44)与活动板(5)转动连接，所述传动模拟机构(9)包括第一弧形片(91)与第二弧形片(92)以及固定框(95)，所述第一弧形片(91)的中部位置固定连接有第一转杆(96)，所述第一转杆(96)与支架(8)转动连接，所述第一转杆(96)的外侧端同轴固定有转盘(97)，所述转盘(97)的边缘固定连接有手柄(98)，所述固定框(95)的两个对侧面固定连接有第一定位轴杆(93)，所述第一定位轴杆(93)与第一弧形片(91)转动连接，所述固定框(95)的另外两个对侧面固定连接有第二定位轴杆(94)，所述第二定位轴杆(94)与第二弧形片(92)转动连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，其特征在于：所述第二弧形片(92)的中部位置固定连接有第二转杆(99)，所述第二转杆(99)与支架(8)转动连接，所述第二转杆(99)的外侧端同轴固定有传动盘(910)。
6.根据权利要求5所述的一种用于智慧课堂教学的多自由度模拟平台，其特征在于：所述第一定位轴杆(93)与第二定位轴杆(94)的轴向垂直。
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