CN115457841A - 一种实验教具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及实验技术领域，尤其涉及一种实验教具。包括处理器和惯性测量单元；惯性测量单元用于：按照预设频率测量待测物体在载体坐标系的每个轴向上的加速度，以及在导航坐标系的每个轴向上的角速度，并发送至处理器；处理器用于：根据接收到的角速度和加速度，计算待测物体的位姿，并根据待测物体的位姿对待测物体的运动进行控制。能够提高学生的计算能力和动手能力，还能够使学生在计算到待测物体的位姿后，还能够使学生根据待测物体的位姿对待测物体的运动进行控制，进一步培养学生的动脑动手思考实践能力，利于学生开拓眼界以及学到更多知识。

Description

一种实验教具
技术领域
本发明涉及实验技术领域，尤其涉及一种实验教具。
背景技术
素质教育更重视学生的能力培养、个性发展等，而实验课是能力培养、个性发展过程中必不可少的一项课程，能够培养学生的动脑动手思考实践能力，目前素质教育中，往往沿用应试教育中的实验教具，不利于学生开拓眼界以及学到更多知识。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种实验教具。
本发明的一种实验教具的技术方案如下：
包括处理器和惯性测量单元；
所述惯性测量单元用于：按照预设频率测量待测物体在载体坐标系的每个轴向上的加速度，以及在导航坐标系的每个轴向上的角速度，并发送至所述处理器；
所述处理器用于：根据接收到的角速度和加速度，计算所述待测物体的位姿，并根据所述待测物体的位姿对所述待测物体的运动进行控制。
本发明的一种实验教具的有益效果如下：
能够提高学生的计算能力和动手能力，还能够使学生在计算到待测物体的位姿后，还能够使学生根据待测物体的位姿对所述待测物体的运动进行控制，进一步培养学生的动脑动手思考实践能力，利于学生开拓眼界以及学到更多知识。
在上述方案的基础上，本发明的一种实验教具还可以做如下改进。
进一步，所述惯性测量单元包括三个单轴加速度计，所述三个单轴加速度计用于：按照所述预设频率测量所述待测物体在载体坐标系的每个轴向上的加速度。
进一步，所述惯性测量单元还包括三个单轴陀螺仪，所述三个单轴陀螺仪用于：按照所述预设频率测量所述待测物体在导航坐标系的每个轴向上的角速度。
进一步，还包括激光雷达单元，所述激光雷达单元用于扫描第一预设区域的数据，并发送至所述处理器；
所述处理还用于：根据所述第一预设区域的数据，构建所述预设区域对应的三维立体图形。
进一步，还包括双目相机，所述双目相机用于获取第二预设区域的图像和/或视频，并发送至所述处理器；
所述处理器用于：根据所述第二预设区域的图像和/或视频，识别出所述第二预设区域内的物体，并构建每个物体对应的三维立体图形。
进一步，所述处理器还用于识别用户输入的手部姿势。
进一步，还包括单目相机，所述单目相机用于：获取所述用户的手部姿势和/或所述用户的人脸图像，并发送至所述处理器。
进一步，还包括云台，所述单目相机设置在所述云台上。
进一步，所述处理器还用于：通过所述云台带动所述单目相机转动，以对所述用户进行人脸追踪。
进一步，还包括设有多个麦克风的麦克风阵列，所述麦克风阵列用于：对声源发出的声音进行收声。
附图说明
图1为本发明实施例的一种实验教具的结构示意图之一；
图2为本发明实施例的一种实验教具的结构示意图之二。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例的一种实验教具，包括处理器和惯性测量单元；
惯性测量单元用于：按照预设频率测量待测物体在载体坐标系的每个轴向上的加速度，以及在导航坐标系的每个轴向上的角速度，并发送至处理器；
处理器用于：根据接收到的角速度和加速度，计算待测物体的位姿，并根据待测物体的位姿对待测物体的运动进行控制；
例如，待测物体为小车，则可通过惯性测量单元和处理器能够在小车实验中，对小车行驶过程中的运转状态进行检测，以及对小车的运动进行控制。
能够提高学生的计算能力和动手能力，还能够使学生在计算到待测物体的位姿后，还能够使学生根据待测物体的位姿对待测物体的运动进行控制，进一步培养学生的动脑动手思考实践能力，利于学生开拓眼界以及学到更多知识。
可选地，在上述技术方案中，惯性测量单元包括三个单轴加速度计，三个单轴加速度计用于：按照预设频率测量待测物体在载体坐标系的每个轴向上的加速度。
可选地，在上述技术方案中，惯性测量单元还包括三个单轴陀螺仪，三个单轴陀螺仪用于：按照预设频率测量待测物体在导航坐标系的每个轴向上的角速度。
可选地，在上述技术方案中，如图2所示，还包括激光雷达单元，激光雷达单元用于扫描第一预设区域的数据，并发送至处理器；
处理还用于：根据第一预设区域的数据，构建预设区域对应的三维立体图形。
例如，第一预设区域可为待测物体如小车的运动范围区域，激光雷达单元对小车的运动范围区域进行扫描，得到小车的运动范围区域的数据如图像、视频等，并发送至处理器，处理根据第一预设区域的数据，使用rviz建图软件等构建小车的运动范围区域对应的三维立体图形，能够使学生结合结合惯性测量和激光雷达单元单元实现小车自动行驶的路线绘制。
其中，激光雷达单元能够对大范围区域进行扫描，构建大范围区域对应的三维立体图形。
可选地，在上述技术方案中，还包括双目相机，双目相机用于获取第二预设区域的图像和/或视频，并发送至处理器；
处理器用于：根据第二预设区域的图像和/或视频，识别出第二预设区域内的物体，并构建每个物体对应的三维立体图形。
例如，第二预设区域可为待测物体如小车的周围区域，双目相机获取小车的周围区域的图像和/或视频，并发送至处理器，处理器使用rviz建图软件等构建小车的周围区域对应的三维立体图形，能够使学生结合结合双目相机和激光雷达单元单元实现小车小车的避障等操作。
可选地，在上述技术方案中，处理器还用于识别用户输入的手部姿势，能够识别手指指向上、下、左、右等手部姿势，实现对手部姿势的精准识别，以便于学生结合手部姿势进行实验，如学生通过手部姿势下达操作指令等。
可选地，在上述技术方案中，还包括单目相机，单目相机用于：获取用户的手部姿势和/或用户的人脸图像，并发送至处理器。以便于处理器进行人脸识别等。
可选地，在上述技术方案中，还包括云台，单目相机设置在云台上。
可选地，在上述技术方案中，处理器还用于：通过云台带动单目相机转动，以对用户进行人脸追踪。
其中，云台包括两个两个舵机，可沿着两个轴旋转，能够实现：人脸识别、人脸追踪(控制舵机的转动，使得人脸保持在屏幕的正中央)，以及人像扣分(将人像与背景分隔开来)、手势控音(上加下减)、目标检测(检测出现在视频中的其他目标，比如鞋子等)。
可选地，在上述技术方案中，还包括设有多个麦克风的麦克风阵列，麦克风阵列用于：对声源发出的声音进行收声。麦克风阵列配合声卡，环形的麦克风阵列沿着周长对称分布六个麦克风，根据声源位置，设置距离声源最近的麦克风为主麦位置，并且根据声源的变换，主麦可实时变换，收音以主麦为主，其余的麦克风起辅助作用。
可选地，在上述技术方案中，还包括箱体，处理器、惯性测量单元、激光雷达单元、双目相机、单目相机、云台、麦克风阵列等各部件均可收纳在箱体中，更便于收纳和携带，箱体的具体结构可根据实际情况设置，在此不做赘述。
本实验教具面向职校教学使用，提供多功能实验教具，学生可根据上述模块单元拓展设计实验，满足职校培养计划，具体可进行如下实验：
1)惯性测量单元与激光雷达单元的结合，可实现小车在该地图绘制的区域内自动行驶、也可实现小车配载激光雷达绘制更大地图。
2)惯性测量单元与双目相机的结合，可实现小车绘制三维地形图。
所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。
因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种实验教具，其特征在于，包括处理器和惯性测量单元；
所述惯性测量单元用于：按照预设频率测量待测物体在载体坐标系的每个轴向上的加速度，以及在导航坐标系的每个轴向上的角速度，并发送至所述处理器；
所述处理器用于：根据接收到的角速度和加速度，计算所述待测物体的位姿，并根据所述待测物体的位姿对所述待测物体的运动进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种实验教具，其特征在于，所述惯性测量单元包括三个单轴加速度计，所述三个单轴加速度计用于：按照所述预设频率测量所述待测物体在载体坐标系的每个轴向上的加速度。
3.根据权利要求2所述的一种实验教具，其特征在于，所述惯性测量单元还包括三个单轴陀螺仪，所述三个单轴陀螺仪用于：按照所述预设频率测量所述待测物体在导航坐标系的每个轴向上的角速度。
4.根据权利要求1所述的一种实验教具，其特征在于，还包括激光雷达单元，所述激光雷达单元用于扫描第一预设区域的数据，并发送至所述处理器；
所述处理还用于：根据所述第一预设区域的数据，构建所述预设区域对应的三维立体图形。
5.根据权利要求1所述的一种实验教具，其特征在于，还包括双目相机，所述双目相机用于获取第二预设区域的图像和/或视频，并发送至所述处理器；
所述处理器用于：根据所述第二预设区域的图像和/或视频，识别出所述第二预设区域内的物体，并构建每个物体对应的三维立体图形。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种实验教具，其特征在于，所述处理器还用于识别用户输入的手部姿势。
7.根据权利要求6所述的一种实验教具，其特征在于，还包括单目相机，所述单目相机用于：获取所述用户的手部姿势和/或所述用户的人脸图像，并发送至所述处理器。
8.根据权利要求7所述的一种实验教具，其特征在于，还包括云台，所述单目相机设置在所述云台上。
9.根据权利要求8所述的一种实验教具，其特征在于，所述处理器还用于：通过所述云台带动所述单目相机转动，以对所述用户进行人脸追踪。
10.根据权利要求1至5任一项所述的一种实验教具，其特征在于，还包括设有多个麦克风的麦克风阵列，所述麦克风阵列用于：对声源发出的声音进行收声。
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