CN116386413A - 一种基于数字化教育技术的交互式学习装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数字化教学装置技术领域,公开了一种基于数字化教育技术的交互式学习装置。本发明包括:底座台,所述底座台的顶部开设有凹槽,所述凹槽内设置有地形变换机构和方位变换机构,所述地形变换机构上安装有平台,所述方位变换机构与平台相连接,所述平台上安装有行走机构,所述底座台上安装有一体化电子大屏,所述底座台固定安装有三角支撑架,所述三角支撑架上安装有两个动作捕捉器,所述三角支撑架上设置有人体稳定机构,所述人体稳定机构上设置有连接线收放机构,所述连接线收放机构上设有VR数据线以及VR头显。本发明可满足学习者多角度行走以及地形模拟需求,以提高学习者在虚拟学习空间中的学习体验。
Description
技术领域
本发明涉及数字化教学装置技术领域,尤其涉及一种基于数字化教育技术的交互式学习装置。
背景技术
数字化教学是指教师和学习者在数字化的教学环境中,遵循现代教育理论和规律,运用数字化的教学资源,以数字化教学模式进行培养适应新世纪需要的具有创新意识和创新能力的复合型人才的教学活动,其主要是利用多媒体教室、电脑等现代化多媒体载体进行的教学,其中,元宇宙教学模式也是数字化教育的一种,其主要是利用虚拟现实技术来构建一个虚拟世界,以此让学习者在构建的虚拟世界中进行实操和互动,以此提高教学效果。
目前,主要都是通过VR头显来实现元宇宙虚拟化教学的,当学习者戴上VR头显示,可以沉浸于构建的虚拟世界中,不但可通过操控器来满足实际操作需求,同时还可以和其他学习者或教学者进行交互,但是,现有的VR虚拟设备无法很好的满足学习者的活动需求,对虚拟环境的表现能力较差,例如无法很好的满足行走需求和地形变换需求,导致学习者学习体验不够理想。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种基于数字化教育技术的交互式学习装置。
本发明采用以下技术方案实现:底座台,底座台的顶部开设有凹槽,凹槽内设置有地形变换机构和方位变换机构,地形变换机构上安装有平台,方位变换机构与平台相连接,平台上安装有行走机构,底座台上安装有一体化电子大屏,底座台固定安装有三角支撑架,三角支撑架上安装有两个动作捕捉器,三角支撑架上设置有人体稳定机构,人体稳定机构上设置有连接线收放机构,连接线收放机构上设有VR数据线以及VR头显;
地形变换机构包括第一电机,第一电机的输出轴上固定安装有第一圆齿轮,凹槽内安装有第一转动环,第一转动环上固定安装有第一齿环,第一圆齿轮与第一齿环啮合,第一转动环上铰接有两个液压缸,平台的底部安装有第二转动环,两个液压缸的输出杆均与第二转动环相铰接;
方位变换机构包括固定安装在凹槽内的第二电机,第二电机的输出轴上固定安装有第二圆齿轮,平台的底部固定安装有第二齿环,第二圆齿轮与第二齿环啮合。
作为上述方案的进一步改进,行走机构包括两个长体盒,两个长体盒内均固定安装有第三电机,两个长体盒上转动安装有两个带动辊以及多个支撑辊,两个带动辊的连接轴分别与对应的第三电机的输出轴固定连接,两个带动辊以及多个支撑辊上套设有同一个传送带。
作为上述方案的进一步改进,凹槽的底部内壁固定安装有凸台,凸台的顶部设有半球槽,半球槽内转动嵌设有多个呈环形分布的滚珠,平台的底部为半球状,平台的底部延伸至半球槽内并与半球槽滑动连接。
作为上述方案的进一步改进,底座台的顶部固定安装有大屏固定架,一体化电子大屏与大屏固定架固定连接,三角支撑架由顶盘以及三个支撑臂组成,对应的支撑臂与大屏固定架固定连接,对应的两个支撑臂与底座台的顶部固定连接,两个动作捕捉器分别对应的支撑臂固定连接。
作为上述方案的进一步改进,人体稳定机构包括转动安装在三角支撑架上的转动盘,转动盘的底部固定安装有套筒,套筒内滑动安装有伸缩杆,伸缩杆的底端铰接有腰部固定带。
作为上述方案的进一步改进,连接线收放机构包括固定安在伸缩杆上的齿条,齿条延伸至套筒外并与套筒滑动连接,套筒上转动安装有第三圆齿轮,第三圆齿轮与齿条啮合,第三圆齿轮的连接轴上固定安装有第一同步轮,转动盘的底部固定安装有收线盒,收线盒内转动安装有两个收线辊,两个收线辊的连接轴均延伸至收线盒外,VR数据线的一端从两个收线辊之间穿过并延伸至收线盒外,对应的收线辊的连接轴上固定安装有第二同步轮,第一同步轮与第二同步轮上套设有同一根同步带。
作为上述方案的进一步改进,套筒上转动安装有两个限定轮,两个限定轮均与同步带相接触。
作为上述方案的进一步改进,两个收线辊的连接轴上均固定安装有第四圆齿轮,两个第四圆齿轮相啮合,且两个收线辊均为橡胶材质。
作为上述方案的进一步改进,套筒的一侧内壁固定安装有长条滑口,齿条贯穿长条滑口并与长条滑口滑动连接。
作为上述方案的进一步改进,第一转动环以及第二转动环均由环形滑轨以及连接环组成,两个环形滑轨分别与凹槽的底部内壁以及平台的底部固定连接,两个连接环分别与两个环形滑轨滑动连接,两个连接环分别与两个液压缸的底端以及输出杆相铰接,第一齿环与对应的连接环组成。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
本发明通过一体化电子大屏、动作捕捉器以及VR头显相配合,可以组成一个基于元宇宙虚拟化进行教学的交互式教学装置,使得学习者可以在构建的虚拟空间中进行交互或进行实际操作,以此提高教学效果;
通过凸台、平台、地形变换机构和方位变换机构,使得虚拟化教学交互装置可以根据满足学习者的不同操作需求,可以满足多角度的移动需求,并且可以进行地形模拟,以此提高学习者的沉浸感,使得学习者可以拥有良好的实操体验;
通过三角支撑架、转动盘、套筒以及腰部固定带等结构组成的人体稳定机构可以在保证学习者安全性的和稳定性的同时保证学习者可以进行下蹲或跳跃等操作,以此提高学习者在元宇宙虚拟空间中的学习体验;
通过齿条、第三圆齿轮、收线盒、收线辊等结构组成的连接线收放机构与人体稳定机构相配合,使得VR数据线可以根据学习者的下蹲或站立来实现自动长短调节,避免VR数据线过长下垂影响学习者的操作,同时也避免VR数据线过短导致学习者的操作收到限制,以此提高学习者的使用体验。
附图说明
图1为本发明基于数字化教育技术的交互式学习装置的整体结构示意图;
图2为本发明基于数字化教育技术的交互式学习装置的拆卸结构示意图;
图3为本发明基于数字化教育技术的交互式学习装置的局部剖壳结构示意图;
图4为本发明基于数字化教育技术的交互式学习装置的剖视结构示意图;
图5为本发明基于数字化教育技术的交互式学习装置的地形变换机构展示图;
图6为方位变换机构与平台以及地形变换机构的装配展示图;
图7为本发明基于数字化教育技术的交互式学习装置的人体稳定机构与连接线收放机构的第一展示图;
图8为本发明基于数字化教育技术的交互式学习装置的人体稳定机构与连接线收放机构的局部剖壳展示图;
图9为本发明基于数字化教育技术的交互式学习装置的人体稳定机构与连接线收放机构的第二展示图。
主要符号说明:
1、底座台;2、凹槽;3、凸台;4、平台;5、第一电机;6、第一圆齿轮;7、第一转动环;8、第一齿环;9、液压缸;10、第二转动环;11、第二电机;12、第二圆齿轮;13、第二齿环;14、行走机构;15、大屏固定架;16、一体化电子大屏;17、三角支撑架;18、动作捕捉器;19、转动盘;20、套筒;21、伸缩杆;22、腰部固定带;23、齿条;24、第三圆齿轮;25、第一同步轮;26、收线盒;27、收线辊;28、第二同步轮;29、同步带;30、VR数据线;31、VR头显;32、第四圆齿轮。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步描述。
请结合图1至图9,本实施例的基于数字化教育技术的交互式学习装置,包括:底座台1,底座台1的顶部开设有凹槽2,凹槽2内设置有地形变换机构和方位变换机构,地形变换机构上安装有平台4,方位变换机构与平台4相连接,平台4上安装有行走机构14,底座台1上安装有一体化电子大屏16,底座台1固定安装有三角支撑架17,三角支撑架17上安装有两个动作捕捉器18,三角支撑架17上设置有人体稳定机构,人体稳定机构上设置有连接线收放机构,连接线收放机构上设有VR数据线30以及VR头显31;
地形变换机构包括第一电机5,第一电机5的输出轴上固定安装有第一圆齿轮6,凹槽2内安装有第一转动环7,第一转动环7上固定安装有第一齿环8,第一圆齿轮6与第一齿环8啮合,第一转动环7上铰接有两个液压缸9,平台4的底部安装有第二转动环10,两个液压缸9的输出杆均与第二转动环10相铰接;
方位变换机构包括固定安装在凹槽2内的第二电机11,第二电机11的输出轴上固定安装有第二圆齿轮12,平台4的底部固定安装有第二齿环13,第二圆齿轮12与第二齿环13啮合
行走机构14包括两个长体盒,两个长体盒内均固定安装有第三电机,两个长体盒上转动安装有两个带动辊以及多个支撑辊,两个带动辊的连接轴分别与对应的第三电机的输出轴固定连接,两个带动辊以及多个支撑辊上套设有同一个传送带。
通过上述技术方案,行走机构14主要作为一个VR原地行走装置,使得学习者可以在有限的空间中自由行走,以保证体验的情况下满足在虚拟学习空间中自由行动的目的。
凹槽2的底部内壁固定安装有凸台3,凸台3的顶部设有半球槽,半球槽内转动嵌设有多个呈环形分布的滚珠,平台4的底部为半球状,平台4的底部延伸至半球槽内并与半球槽滑动连接。
通过上述技术方案,凸台3配合上平台4使得行走机构14在进行虚拟地形模拟时可以顺利的完成倾斜工作,并且可以保证平台4的稳定。
底座台1的顶部固定安装有大屏固定架15,一体化电子大屏16与大屏固定架15固定连接,三角支撑架17由顶盘以及三个支撑臂组成,对应的支撑臂与大屏固定架15固定连接,对应的两个支撑臂与底座台1的顶部固定连接,两个动作捕捉器18分别对应的支撑臂固定连接。
通过上述技术方案,大屏固定架15以及三角支撑架17作为作为整个数字化交互式学习装置的固定架,可以将各个设备固定到合适的位置并且保证所有设备的稳定。
人体稳定机构包括转动安装在三角支撑架17上的转动盘19,转动盘19的底部固定安装有套筒20,套筒20内滑动安装有伸缩杆21,伸缩杆21的底端铰接有腰部固定带22。
通过上述技术方案,转动盘19配合上套筒20以及伸缩杆21,使得学习者在穿戴上腰部固定带22后不但可以保持稳定和平衡,同时还可以顺利进行跳跃下蹲以及转向等操作,从而即保证了学习者的安全,同时又保证了学习者的学习操作体验。
连接线收放机构包括固定安在伸缩杆21上的齿条23,齿条23延伸至套筒20外并与套筒20滑动连接,套筒20上转动安装有第三圆齿轮24,第三圆齿轮24与齿条23啮合,第三圆齿轮24的连接轴上固定安装有第一同步轮25,转动盘19的底部固定安装有收线盒26,收线盒26内转动安装有两个收线辊27,两个收线辊27的连接轴均延伸至收线盒26外,VR数据线30的一端从两个收线辊27之间穿过并延伸至收线盒26外,对应的收线辊27的连接轴上固定安装有第二同步轮28,第一同步轮25与第二同步轮28上套设有同一根同步带29。
通过上述技术方案,齿条23、第三圆齿轮24、第一同步轮25以及收线盒26等结构组成的连接线收放机构可以根据学习者的行动而同步对VR数据线30的长度进行实时调整,使得VR数据线30不会对学习者的操作造成干扰和限制,以此保证学习者的学习体验。
套筒20上转动安装有两个限定轮,两个限定轮均与同步带29相接触。
通过上述技术方案,两个限定轮使得同步带29可以在转折的同时顺利的对让第一同步轮25以及第二同步轮28保持同步传动,同时,对同步带29的限制,可以避免同步带29占用空间过大对学习者造成阻碍。
两个收线辊27的连接轴上均固定安装有第四圆齿轮32,两个第四圆齿轮32相啮合,且两个收线辊27均为橡胶材质。
通过上述技术方案,两个第四圆齿轮32使得两个收线辊27可以同步相向转动或相逆转动,以此顺利的对VR数据线30进行收纳或排出,而橡胶材质的收线辊27则与VR数据线30之间的摩擦力更大,使得其可以更好的对VR数据线30进行收放。
套筒20的一侧内壁固定安装有长条滑口,齿条23贯穿长条滑口并与长条滑口滑动连接。
通过上述技术方案,长条滑口使得齿条23不会对伸缩杆21的伸缩造成限制,同时也让齿条23可以跟随伸缩杆21同步升降,以此实现对两个收线辊27的同步传动,以此实现对VR数据线30的同步收放。
第一转动环7以及第二转动环10均由环形滑轨以及连接环组成,两个环形滑轨分别与凹槽2的底部内壁以及平台4的底部固定连接,两个连接环分别与两个环形滑轨滑动连接,两个连接环分别与两个液压缸9的底端以及输出杆相铰接,第一齿环8与对应的连接环组成。
通过上述技术方案,第一转动环7使得两个液压缸9可以自动完成位置调整,以此从而对平台4以及行走机构14进行不同角度的倾斜度调整,以此满足虚拟化地形的模式需求,第二转动环10则使得平台4可以不受限制的带动行走机构14转动,以满足学习者转向移动的需求。
本申请实施例中一种基于数字化教育技术的交互式学习装置的实施原理为:
第一步骤:使用时,学习者站到行走机构14上,然后将腰部固定带22穿戴固定到腰部,在此过程中可通过调节伸缩杆21的高度来适应学习者的身高,随后,再将VR头显31戴到头上,随后开启VR头显31、一体化电子大屏16以及两个动作捕捉器18,使得学习者可以在虚拟现实内进行学习、实际操作演示或与其他学习者进行互动
第二步骤:当学习者前进时,动作捕捉器18可以对学习者的动作进行捕捉,随后,行走机构14上的第三电机启动,第三电机通过输出轴带动带动辊转动,并以此带动传送带传送,使得学习者在可以原地前进,当学习者需要朝其他方向移动时,第二电机11通过输出轴带动第二圆齿轮12转动,第二圆齿轮12通过第二齿环13带动平台4以及行走机构14转动,以此使得行走机构14能够与学习者的朝向保持同步,以满足学习者随意行走的需要,当虚拟现实中遇到上坡时,两个液压缸9会相互配合,以此让平台4以及行走机构14发生倾斜,而地形是其他倾斜角度时,第一电机5启动,第一电机5通过输出轴带动第一圆齿轮6转动,第一圆齿轮6通过第一齿环8带动第一转动环7、两个液压缸9以及第二转动环10转动,以此实现对两个液压缸9的位置变换,使得两个液压缸9在伸缩时可以让平台4展现出其他倾斜角度,使得学习者在构建的虚拟空间中可以有更好的学习体验。
第三步骤:套筒20配合上伸缩杆21以及腰部固定带22可以让学习者在学习过程中保持平衡,同时还可以正常的下蹲或跳跃,而当学习者下蹲时,会通过腰部固定带22带动伸缩杆21以及齿条23下滑,齿条23在下降的同时会通过第三圆齿轮24带动第一同步轮25转动,第一同步轮25则通过同步带29带动第二同步轮28转动,第二同步轮28则带动对应的收线辊27转动,而在两个第四圆齿轮32的作用下,两个收线辊27相逆转动,以此可以带动VR数据线30向收线盒26外输送,使得VR数据线30的延伸长度可以配合VR头显31以及学习者下蹲的需求,而当学习者站起后,VR数据线30也会缩短,以此可以在不影响学习者下蹲或跳跃的情况下控制VR数据线30的长度,避免VR数据线30过长下垂影响学习者的操作,同时也避免VR数据线30过短导致学习者的操作收到限制,以此提高学习者的使用体验。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于数字化教育技术的交互式学习装置,其特征在于,包括:底座台,所述底座台的顶部开设有凹槽,所述凹槽内设置有地形变换机构和方位变换机构,所述地形变换机构上安装有平台,所述方位变换机构与平台相连接,所述平台上安装有行走机构,所述底座台上安装有一体化电子大屏,所述底座台固定安装有三角支撑架,所述三角支撑架上安装有两个动作捕捉器,所述三角支撑架上设置有人体稳定机构,所述人体稳定机构上设置有连接线收放机构,所述连接线收放机构上设有VR数据线以及VR头显;
所述地形变换机构包括第一电机,所述第一电机的输出轴上固定安装有第一圆齿轮,所述凹槽内安装有第一转动环,所述第一转动环上固定安装有第一齿环,所述第一圆齿轮与第一齿环啮合,所述第一转动环上铰接有两个液压缸,所述平台的底部安装有第二转动环,两个液压缸的输出杆均与第二转动环相铰接;
所述方位变换机构包括固定安装在凹槽内的第二电机,所述第二电机的输出轴上固定安装有第二圆齿轮,所述平台的底部固定安装有第二齿环,所述第二圆齿轮与第二齿环啮合。
2.如权利要求1所述的基于数字化教育技术的交互式学习装置,其特征在于,所述行走机构包括两个长体盒,两个长体盒内均固定安装有第三电机,两个长体盒上转动安装有两个带动辊以及多个支撑辊,两个带动辊的连接轴分别与对应的第三电机的输出轴固定连接,两个带动辊以及多个支撑辊上套设有同一个传送带。
3.如权利要求1所述的基于数字化教育技术的交互式学习装置,其特征在于,所述凹槽的底部内壁固定安装有凸台,所述凸台的顶部设有半球槽,所述半球槽内转动嵌设有多个呈环形分布的滚珠,所述平台的底部为半球状,所述平台的底部延伸至半球槽内并与半球槽滑动连接。
4.如权利要求1所述的基于数字化教育技术的交互式学习装置,其特征在于,所述底座台的顶部固定安装有大屏固定架,所述一体化电子大屏与大屏固定架固定连接,所述三角支撑架由顶盘以及三个支撑臂组成,对应的支撑臂与大屏固定架固定连接,对应的两个支撑臂与底座台的顶部固定连接,两个动作捕捉器分别对应的支撑臂固定连接。
5.如权利要求1所述的基于数字化教育技术的交互式学习装置,其特征在于,所述人体稳定机构包括转动安装在三角支撑架上的转动盘,所述转动盘的底部固定安装有套筒,所述套筒内滑动安装有伸缩杆,所述伸缩杆的底端铰接有腰部固定带。
6.如权利要求5所述的基于数字化教育技术的交互式学习装置,其特征在于,所述连接线收放机构包括固定安在伸缩杆上的齿条,所述齿条延伸至套筒外并与套筒滑动连接,所述套筒上转动安装有第三圆齿轮,所述第三圆齿轮与齿条啮合,所述第三圆齿轮的连接轴上固定安装有第一同步轮,所述转动盘的底部固定安装有收线盒,所述收线盒内转动安装有两个收线辊,两个收线辊的连接轴均延伸至收线盒外,所述VR数据线的一端从两个收线辊之间穿过并延伸至收线盒外,对应的收线辊的连接轴上固定安装有第二同步轮,所述第一同步轮与第二同步轮上套设有同一根同步带。
7.如权利要求6所述的基于数字化教育技术的交互式学习装置,其特征在于,所述套筒上转动安装有两个限定轮,两个限定轮均与同步带相接触。
8.如权利要求6所述的基于数字化教育技术的交互式学习装置,其特征在于,两个收线辊的连接轴上均固定安装有第四圆齿轮,两个第四圆齿轮相啮合,且两个收线辊均为橡胶材质。
9.如权利要求6所述的基于数字化教育技术的交互式学习装置,其特征在于,所述套筒的一侧内壁固定安装有长条滑口,所述齿条贯穿长条滑口并与长条滑口滑动连接。
10.如权利要求1所述的基于数字化教育技术的交互式学习装置,其特征在于,所述第一转动环以及第二转动环均由环形滑轨以及连接环组成,两个环形滑轨分别与凹槽的底部内壁以及平台的底部固定连接,两个连接环分别与两个环形滑轨滑动连接,两个连接环分别与两个液压缸的底端以及输出杆相铰接,所述第一齿环与对应的连接环组成。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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