CN115171513A - 一种地球仪及其公转自转演示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种地球仪及其公转自转演示方法，包括：地球仪球体、支架、光源、遮光板、第一驱动装置；支架用于支撑地球仪球体，且与地球仪球体转动连接；地球仪球体包括中空的容纳腔，且地球仪球体为透光材质；遮光板大致将容纳腔分隔为两容积等量的空间；光源设于遮光板一侧，且大致位于容纳腔中心；第一驱动装置用于驱动所述光源、遮光板于容纳腔内转动预定角度。第一驱动装置包括第一步进电机、第一连接座、第一传动轮组、传感件；第一步进电机通过第一传动轮组连接驱动遮光板转动；第一传动轮组中的主动轮或从动轮的外边缘设有压头，传感件用于采集压头随主动轮或从动轮旋转经过抵持传感件时的经过信号。

Description

一种地球仪及其公转自转演示方法

技术领域

本申请涉及教学用具装置技术领域，具体是一种地球仪及其公转自转演示方法。

背景技术

地球仪是人工仿造的地球形状，按照一定的比例缩小，制作了地球的模型，可以大大方便人们认识地球的世界地图地理知识。

传统的地球仪大多只能简单的展示地球的世界地图，可以使地球仪的球体相对支架进行简单的旋转，在利用地球仪面向大众的科普及专业课程学生的科学教学中，不能很好的展示当太阳阳光照射到地球表面时，地区围绕太阳公转光照变化规律、光照的周年运动轨迹、无法呈现出太阳直射点的变化。

发明内容

本发明主要针对以上问题，提出了一种地球仪及其公转自转演示方法，旨在解决背景技术中的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种地球仪，包括：地球仪球体、支架、光源、遮光板、第一驱动装置；所述支架用于支撑所述地球仪球体，且与所述地球仪球体转动连接；所述地球仪球体包括中空的容纳腔，且所述地球仪球体为透光材质；所述光源、遮光板、第一驱动装置均设于所述容纳腔，所述遮光板大致将所述容纳腔分隔为两容积等量的空间；所述光源设于所述遮光板一侧，且大致位于所述容纳腔中心；所述第一驱动装置用于驱动所述光源、遮光板于所述容纳腔内转动预定角度。

进一步地，所述第一驱动装置包括第一步进电机、第一连接座、第一传动轮组、传感件；所述第一步进电机通过所述第一传动轮组连接驱动所述遮光板转动；所述第一步进电机、传感件均安装于所述第一连接座；所述第一传动轮组中的主动轮或从动轮的外边缘设有压头，所述传感件用于采集所述压头随所述主动轮或从动轮旋转经过抵持所述传感件时的经过信号。

进一步地，包括第二驱动装置、定位组件；所述第二驱动装置用于驱动所述地球仪球体旋转；所述第二驱动装置通过所述定位组件检测及控制所述第二驱动装置驱动所述地球仪球体旋转角度。

进一步地，所述第二驱动装置包括第二步进电机、第二连接座、第二传动轮组；所述第二步进电机通过所述第二传动轮组驱动所述地球仪球体转动；所述第二步进电机安装于所述第二连接座；所述定位组件包括设于所述地球仪球体的磁吸件、设于所述第二连接座的霍尔传感器。

进一步地，所述霍尔传感器数量为12个，沿所述第二传动轮组的从动轮上端面呈圆周均布排布。

进一步地，包括底座，所述支架与所述底座连接，且所述底座将所述第二驱动装置围合在内。

进一步地，包括设于所述底座的显示屏、控制按键、电源、扬声器、主控板；所述主控板与所述传感件、霍尔传感器、第一驱动装置、第二驱动装置、显示屏、控制按键、电源、扬声器电性连接。

进一步地，包括保持件；所述第二传动轮组设有第一离合部，所述第一连接座设有与所述第一离合部对应的第二离合部；所述保持件用于保持所述第一离合部、第二离合部连接；

当所述第一离合部与所述第二离合部连接时，所述第二步进电机可带动所述第一驱动装置及所述遮光板随所述地球仪球体转动；

当所述第二步进电机驱动力超过所述保持件保持所述第一离合部与所述第二离合部连接的保持力时，所述第一离合部与所述第二离合部相滑动。

一种地球仪公转自转演示方法，应用于地球仪，所述地球仪公转自转演示方法包括以下步骤：

根据用户选择的日期指令，开启所述光源，所述第一驱动装置驱动所述遮光板旋转对应角度；

根据用户选择的自转指令，开启所述光源，所述第二驱动装置驱动所述地球仪球体旋转；

根据用户选择的指定时区的日期时间指令，开启所述光源，所述第二驱动装置驱动所述地球仪球体旋转至指定时区面向用户，所述第一驱动装置驱动所述遮光板旋转至对应角度。

进一步地，所述日期指令对应二十四节气的任一日期；当所述地球仪通电开机或接收用户控制指令后，所述地球仪球体或/或遮光板先校正转动至起始位置。

与现有技术相比，本发明提供的一种地球仪及其公转自转演示方法，能够在光源通电发光后，模拟太阳光线，由于遮光板大致将容纳腔分隔为两容积等量的空间，地球仪球体为透光材质，因此光源所在侧的地球仪球体能够透光表示该侧处于太阳光照状态；遮光板外边缘与地球仪球体内壁交界处可视为晨昏线；而第一驱动装置驱动光源、遮光板转动预定角度，对应地球仪球体外壁所附带的世界地图区域，当地球仪球体处于静止状态，调整遮光板转动角度，面向用户的区域则可以被用户直观的观察到因为遮光板的转动角度调整，该区域一年内不同时间段太阳照射在地球表面上的光照区域状态；由此用户获得地球绕太阳公转，不同区域光照变化的天文现象知识。

附图说明

图1为本申请一种地球仪结构示意图。

图2为本申请一种地球仪的地球仪球体剖切后的结构示意图。

图3为本申请一种地球仪的底座剖切后的结构示意图。

图4为本申请一种地球仪的光源、遮光板、第一驱动装置、第二驱动装置结构示意图。

图5为图4的A处的放大图。

图6为本申请一种地球仪的第二驱动装置、定位组件的结构爆炸示意图。

图中所示的附图标记：1、地球仪球体；110、容纳腔；2、支架；210、纬度刻度标识；3、光源；4、遮光板；5、第一驱动装置；510、第一步进电机；520、第一连接座；530、第一传动轮组；531、压头；540、传感件；550、第二离合部；6、第二驱动装置；610、第二步进电机；620、第二连接座；630、第二传动轮组；640、第一离合部；7、定位组件；710、磁吸件；720、霍尔传感器；8、底座；810、出音孔；9、显示屏；10、控制按键；11、电源；12、保持件。

具体实施方式

请参照图1－图6，本实施例提供了一种地球仪，包括地球仪球体1、支架2、光源3、遮光板4、第一驱动装置5；所述支架2用于支撑所述地球仪球体1，且与所述地球仪球体1转动连接；所述地球仪球体1包括中空的容纳腔110，且所述地球仪球体1为透光材质；所述光源3、遮光板4、第一驱动装置5均设于所述容纳腔110，所述遮光板4大致将所述容纳腔110分隔为两容积等量的空间；所述光源3设于所述遮光板4一侧，且大致位于所述容纳腔110中心；所述第一驱动装置5用于驱动所述光源3、遮光板4于所述容纳腔110内转动预定角度。

光源3大致位于容纳腔110中心，且位于遮光板4一侧，通电发光后，模拟太阳光线，由于遮光板4大致将容纳腔110分隔为两容积等量的空间，地球仪球体1为透光材质，因此光源3所在侧的地球仪球体1能够透光表示该侧处于太阳光照状态；遮光板4外边缘与地球仪球体1内壁交界处可视为晨昏线；而第一驱动装置5驱动光源3、遮光板4转动预定角度，对应地球仪球体1外壁所附带的世界地图区域，当地球仪球体1处于静止状态，调整遮光板4转动角度，面向用户的区域则可以被用户直观的观察到因为遮光板4的转动角度调整，该区域一年内不同时间段太阳照射在地球表面上的光照区域状态；由此用户获得地球绕太阳公转，不同区域光照变化的天文现象知识。

优选的，遮光板4为弧形板，对应光源3的位置设有避让凹槽。这种设计使得光源3能够位于容纳腔110的中心。所述支架2设有用于指示所述地球仪球体1纬度的纬度刻度标识210

请参照图2、图4和图5，所述第一驱动装置5包括第一步进电机510、第一连接座520、第一传动轮组530、传感件540；所述第一步进电机510通过所述第一传动轮组530连接驱动所述遮光板4转动；所述第一步进电机510、传感件540均安装于所述第一连接座520；所述第一传动轮组530中的主动轮或从动轮的外边缘设有压头531，所述传感件540用于采集所述压头531随所述主动轮或从动轮旋转经过抵持所述传感件540时的经过信号。

第一连接座520用于连接安装第一步进电机510、传感件540，主动轮、从动轮在一些实施例中为相互啮合的齿轮组，遮光板4与从动轮的端面连接，主动轮安装于第一步进电机510的动力输出端，当压头531抵持传感件540时，表示遮光板4位于初始位置，第一步进电机510根据接收到的转动量电信号，相对初始位置转动预定的量，既可使遮光板4转动到预定的位置。

请参照图3和图4、图6，包括第二驱动装置6，所述第二驱动装置6用于驱动所述地球仪球体1旋转。

当光源3通电开启，遮光板4固定，第二驱动装置6驱动地球仪球体1旋转，实现地球仪球体1自转演示效果，而遮光板4外边缘与地球仪球体1内壁交界处可视为晨昏线，用户可以观察到地球仪球体1外壁的世界地图各区域，不同地域依次经过晨昏线，增强本地球仪演示地球真实自转效果。

请参照图3和图4、图6，包括定位组件7，所述第二驱动装置6通过所述定位组件7检测及控制所述第二驱动装置6驱动所述地球仪球体1旋转角度。

定位组件7用于辅助第二驱动装置6驱动地球仪球体1旋转至初始位置，以及根据初始位置，可以实时检测到地球仪球体1转动的角度，结合用户对时区和时间选择，既可以检测到地球仪球体1自转的实时位置，也可以控制旋转到用户所需时区和对应时间的位置。

请参照图3和图4、图6，所述第二驱动装置6包括第二步进电机610、第二连接座620、第二传动轮组630；所述第二步进电机610通过所述第二传动轮组630驱动所述地球仪球体1转动；所述第二步进电机610安装于所述第二连接座620；所述定位组件7包括设于所述地球仪球体1的磁吸件710、设于所述第二连接座620的霍尔传感器720。

具体的，第二连接座620用于安装连接第二步进电机610、霍尔传感器720，第二传动轮组630的主动轮、从动轮为相互啮合的齿轮组，第二传动轮组630的主动轮设于第二步进电机610的动力输出端，第二传动轮组630的从动轮与地球仪球体1连接；磁吸件710可以为永磁体设于地球仪球体1，当磁吸件710随地球仪球体1转动，经过霍尔传感器720时，能够被霍尔传感器720检测到相应的信号，可以实时检测到地球仪球体1转动的角度，结合第二步进电机610控制地球仪球体1将相应的时区区域转动到面向用户的位置。

请参照图3和图4、图6，所述霍尔传感器720数量为12个，沿所述第二传动轮组630的从动轮上端面呈圆周均布排布。

12个霍尔传感器720中，其中一个与磁吸件710对应时，可以确定地球仪球体1初始位置，其它霍尔传感器720由于为呈圆周均布排布，即两两霍尔传感器720以从动轮的圆心为参照，相距30°，这样当磁吸件710随地球仪球体1转动，经过对应的霍尔传感器720时，可以检测被到信号，通过霍尔传感器720结合计算，可以实时检测到地球仪球体1转动的角度，系统结合时区选择和时间，既可以检测到地球仪球体1自转的实时位置，也可以控制旋转到用户所需时区和对应时间的位置。展现出地球围绕太阳公转和自转所产生的仿真效果，直观表达出地球一年内不同时段和一天内不同时间以及地点的光照场景。

请参照图1－图3，包括底座8，所述支架2与所述底座8连接，且所述底座8将所述第二驱动装置6围合在内。

底座8用于与支架2连接支撑地球仪球体1，以及将第二驱动装置6收容在内。

请参照图1－图3，包括设于所述底座8的显示屏9、控制按键10、电源11、扬声器(未图示)、主控板(未图示)；所述主控板与所述传感件540、霍尔传感器720、第一驱动装置5、第二驱动装置6、显示屏9、控制按键10、电源11、扬声器电性连接。

显示屏9用于显示交互界面便于用户配合控制按键10对第一驱动装置5、第二驱动装置6分别驱动遮光板4、地球仪球体1进行转动量设定，扬声器用于播报详细介绍与说明地球随着时间周而复始的光照变化，四季轮替以及时区划分的原理知识。主控板具有储存模块与处理模块用于储存程序以及控制显示屏9、控制按键10、扬声器、传感件540、霍尔传感器720、第一步进电机510、第二步进电机610的工作，电源11为这些器件提供电能。

优选的，底座8设有便于扬声器发声的出音孔810。

请参照图2－图6，包括保持件12；所述第二传动轮组630设有第一离合部640，所述第一连接座520设有与所述第一离合部640对应的第二离合部550；所述保持件12用于保持所述第一离合部640、第二离合部550连接；

当所述第一离合部640与所述第二离合部550连接时，所述第二步进电机610可带动所述第一驱动装置5及所述遮光板4随所述地球仪球体1转动；

当所述第二步进电机610驱动力超过所述保持件12保持所述第一离合部640与所述第二离合部550连接的保持力时，所述第一离合部640与所述第二离合部550相滑动。

在一些实施例中，地球仪球体1与第二离合部550连接，接收来自第二步进电机610、第二传动轮组630的转动驱动力、磁吸件710具体设于第二离合部550；保持件12为弹簧，通过弹性抵持第二离合部550与第一离合部640保持连接。第一离合部640为设于第二传动轮组630的从动轮上端面的凹凸的光滑齿形，第二离合部550也设有与第一离合部640的凹凸的光滑齿形对应的齿形(该齿形未图示)，二者通过摩擦力以及保持件12弹性力连接；当用户将外力施加在地球仪球体1，阻止地球仪球体1转动时，超过保持件12的弹性伸缩范围，保持件12压缩避位，使得第一离合部640与第二离合部550相打滑，避免损坏本地球仪。

一种地球仪公转自转演示方法，应用于地球仪，所述地球仪公转自转演示方法包括以下步骤：

根据用户选择的日期指令，开启所述光源3，所述第一驱动装置5驱动所述遮光板4旋转对应角度；

根据用户选择的自转指令，开启所述光源3，所述第二驱动装置6驱动所述地球仪球体1旋转；

根据用户选择的指定时区的日期时间指令，开启所述光源3，所述第二驱动装置6驱动所述地球仪球体1旋转至指定时区面向用户，所述第一驱动装置5驱动所述遮光板4旋转至对应角度。

在执行日期指令时，开启光源3，用户可以通过控制按键10参照显示屏9交互界面图形选择的日期，匹配该日期的朝向用户面时区区域的日照状态，主控板的系统结合日期时间转换第一驱动装置5驱动遮光板4旋转对应的偏转角度，就可以控制遮光板4旋转的位置，从而模拟出朝向用户面时区区域在所选日期的太阳照射在地球表面上的状态；若第一驱动装置5持续驱动遮光板4旋转，则能够模拟出所选时区区域一年内不同时间段太阳照射在地球表面上的状态。

在执行自转指令时，开启光源3，第一驱动装置5不驱动遮光板4旋转，只有第二驱动装置6驱动地球仪球体1持续旋转，模拟出地球自转，不同地域依次经过晨昏线，增强本地球仪演示地球真实自转效果。

在执行指定时区的日期时间指令时，开启光源3，第一驱动装置5先驱动地球仪球体1旋转至指定时区面向用户，停止地球仪球体1旋转，用户可以通过控制按键10参照显示屏9交互界面图形选择的日期，匹配该日期的朝向用户面时区区域的日照状态，主控板的系统结合日期时间转换第一驱动装置5驱动遮光板4旋转对应的偏转角度，就可以控制遮光板4旋转的位置，从而模拟出所选时区区域在所选日期的太阳照射在地球表面上的状态；若第一驱动装置5持续驱动遮光板4旋转，则能够模拟出所选时区区域一年内不同时间段太阳照射在地球表面上的状态，当遮光板4、地球仪球体1按选定的模式持续旋转，可以直观展现出地球一年内不同时段和一天内不同时间以及地点区域的日光光照场景状态。

所述日期指令对应二十四节气的任一日期；当所述地球仪通电开机或接收用户控制指令后，所述地球仪球体1或/或遮光板4先校正转动至起始位置。

在当地球仪通电开机或接收用户控制指令后，通过第一步进电机510驱动，使传感件540与压头531先进行接触，判断归置遮光板4至初始位置，通过第二步进电机610结合定位组件7的霍尔传感器720与磁吸件710的感应检测，判断归置地球仪球体1旋转至初始位置，然后控制遮光板4旋转的位置，从而模拟出所选朝向用户面时区区域在所选日期的太阳照射在地球表面上的状态；若第一驱动装置5持续驱动遮光板4旋转，则能够模拟出所选时区区域一年内不同时间段太阳照射在地球表面上的状态。

当地球仪球体1的中国所在时区区域面向用户时，遮光板4旋转的角度与二十四节气的日期相匹配，根据用户所选的节气，在归置遮光板4至初始位置后，再将遮光板4旋转至对应的角度后停止转动，即可模拟中国区域用户所选日期节气，太阳照射在地球表面上的状态。

综上，本仿真地球仪在传统三维地球仪基础上引入了时间维度，创新开发出来的更加仿真多维度的地球仪。本地球仪除了拥有传统地球仪的使用场景外，还通过创新的转动、光源结构配合，展现出地球围绕太阳公转和自转所产生的太阳光照效果，直观表达出地球一年内不同时段和一天内不同时间以及地点的光照场景，再结合显示、声音的详细介绍与说明，阐明了地球随着时间周而复始的光照变化，四季轮替以及时区划分的原理，起到学习地理新知识点的教学作用。

本地球仪根据地球围绕太阳公转规律，把太阳在地球上光照的周年运动轨迹，结合二十四节气仿真呈现，直观表达出太阳直射点的变化，展现四季交替的底层逻辑。

以及本地球仪能够展现地球自转与时间关系，通过地球自转规律展现一天之中二十四小时的昼夜交替，以及不同时区光照场景，阐述时区划分、时间定义的依据。

Claims (10)

1.一种地球仪，其特征在于，包括地球仪球体、支架、光源、遮光板、第一驱动装置；所述支架用于支撑所述地球仪球体，且与所述地球仪球体转动连接；所述地球仪球体包括中空的容纳腔，且所述地球仪球体为透光材质；所述光源、遮光板、第一驱动装置均设于所述容纳腔，所述遮光板大致将所述容纳腔分隔为两容积等量的空间；所述光源设于所述遮光板一侧，且大致位于所述容纳腔中心；所述第一驱动装置用于驱动所述光源、遮光板于所述容纳腔内转动预定角度。

2.根据权利要求1所述的一种地球仪，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一步进电机、第一连接座、第一传动轮组、传感件；所述第一步进电机通过所述第一传动轮组连接驱动所述遮光板转动；所述第一步进电机、传感件均安装于所述第一连接座；所述第一传动轮组中的主动轮或从动轮的外边缘设有压头，所述传感件用于采集所述压头随所述主动轮或从动轮旋转经过抵持所述传感件时的经过信号。

3.根据权利要求2所述的一种地球仪，其特征在于，包括第二驱动装置、定位组件，所述第二驱动装置用于驱动所述地球仪球体旋转；所述第二驱动装置通过所述定位组件检测及控制所述第二驱动装置驱动所述地球仪球体旋转角度。

4.根据权利要求3所述的一种地球仪，其特征在于，所述第二驱动装置包括第二步进电机、第二连接座、第二传动轮组；所述第二步进电机通过所述第二传动轮组驱动所述地球仪球体转动；所述第二步进电机安装于所述第二连接座；所述定位组件包括设于所述地球仪球体的磁吸件、设于所述第二连接座的霍尔传感器。

5.根据权利要求4所述的一种地球仪，其特征在于，所述霍尔传感器数量为12个，沿所述第二传动轮组的从动轮上端面呈圆周均布排布。

6.根据权利要求3所述的一种地球仪，其特征在于，包括底座，所述支架与所述底座连接，且所述底座将所述第二驱动装置围合在内。

7.根据权利要求6所述的一种地球仪，其特征在于，包括设于所述底座的显示屏、控制按键、电源、扬声器、主控板；所述主控板与所述传感件、霍尔传感器、第一驱动装置、第二驱动装置、显示屏、控制按键、电源、扬声器电性连接。

8.根据权利要求4所述的一种地球仪，其特征在于，包括保持件；所述第二传动轮组设有第一离合部，所述第一连接座设有与所述第一离合部对应的第二离合部；所述保持件用于保持所述第一离合部、第二离合部连接；

当所述第一离合部与所述第二离合部连接时，所述第二步进电机可带动所述第一驱动装置及所述遮光板随所述地球仪球体转动；

当所述第二步进电机驱动力超过所述保持件保持所述第一离合部与所述第二离合部连接的保持力时，所述第一离合部与所述第二离合部相滑动。

9.一种地球仪公转自转演示方法，应用于地球仪，其特征在于，所述地球仪公转自转演示方法包括以下步骤：

根据用户选择的日期指令，开启所述光源，所述第一驱动装置驱动所述遮光板旋转对应角度；

根据用户选择的自转指令，开启所述光源，所述第二驱动装置驱动所述地球仪球体旋转；

根据用户选择的指定时区的日期时间指令，开启所述光源，所述第二驱动装置驱动所述地球仪球体旋转至指定时区面向用户，所述第一驱动装置驱动所述遮光板旋转至对应角度。

10.根据权利要求9所述的一种地球仪公转自转演示方法，其特征在于，所述日期指令对应二十四节气的任一日期；当所述地球仪通电开机或接收用户控制指令后，所述地球仪球体或/或遮光板先校正转动至起始位置。

Images