[发明专利]虚实结合远程实验教学信息处理系统及方法、智能终端

权利要求书

1.一种虚实结合远程实验教学信息处理系统，其特征在于，所述虚实结合远程实验教学信息处理系统包括：

虚拟实验与动画构建模块，用于实现虚拟实验和虚实验证，在云服务器数据库中通过三维建模软件构建三维虚拟实验装置及其动画，用户也可以根据已有的三维模型及其动画开展虚拟实验；

实操平台，与虚拟实验与动画构建模块连接，用于实现用户通过机械臂远程操控，以完成相应的实验项目；物理真实实验时可以虚实验证，通过实物PLC控制虚拟三维动画；

云服务器，用于实现三维建模和实验管理，是虚拟实验与动画构建模块、实操平台和远程实验终端的信息交换平台；实操平台、虚拟实验模型与动画构建模块和远程实验终端通过云服务器实现网络互连；

无线路由器，用于提供实操平台与云服务器的网络连接功能，使用户通过远程实验终端访问实操平台；

远程实验终端，是智能设备，用于通过访问云服务器完成实验项目；

所述实操平台，包括实验台及其他实验器件、机械臂、摄像头、控制箱；

机械臂，包括左臂，右臂，基座，传感器和防碰撞模块；左臂和右臂分别固定在两个不同的轮式移动底座上，也可同时固定在一个轮式移动底座上，或者通过螺栓直接固定在实验台上；摄像头设置在轮式移动底座上、机械臂上或实验台上；摄像头与检测量具和仪器构成监控与数据采集模块，实时采集周围环境图像数据和实验结果数据；传感器设置于机械臂上；防碰撞模块设置于机械臂的机械手爪上；

在机械手上安装测距传感器，当机械手靠近被抓取物体时，通过测距传感器控制机械手速度和抓取时机，完成抓取动作，同时，通过在机械臂手爪上安装缓冲器件，机械手爪抓取物体时可以控制碰撞冲击力；

控制箱，包括PLC控制模块、机械臂控制器和wifi模块三个部分，Wifi模块的一端通过无线路由器与云服务器相连，另一端分别连接于摄像头、PLC控制模块和机械臂控制器，实现实操平台的网络连接、实现实验系统控制数据和采集数据的相互传输；

控制箱还用于将机械臂工作空间分割成离散单元集合，通过在空间环境中遍历的方法，获得机械臂工作空间中任意离散单元与机械臂有撞位姿之间的映射关系，再将空间障碍物分割成离散单元，并通过索引映射关系获得与障碍物有撞的所有机械臂位姿信息，建立关节构形空间，通过PRM算法在关节构形空间中快速搜索机械臂避障路径；

所述远程实验终端包括客户端，服务器端，登录模块，底层应用端；

客户端为浏览器客户端，为用户提供前后端交互界面；

服务器端包括数据库，web应用程序，web服务器和虚拟实验模型与动画库，用于处理客户端的用户请求；

服务器端在5G快速网络响应条件下，进一步构建网络优化算法，构建基于单路节点流量感知的调度机制，根据流量变化动态选择不同位置的节点，使机械臂能及时响应指令，并实时采集实验数据；

登录模块用于接收用户的登录信息，包括接入单元和验证单元；接入单元用于接收用户登录客户端的用户名和密码，验证单元用于验证所登录的用户名与登录密码是否匹配正确；

底层应用端包括实验器件，机械臂，机械臂控制器，PLC，wifi模块和摄像头，检测量具和仪器，实现端对端的数据传输；

浏览器客户端与服务器端的输入端双向连接，服务器端与wifi模块双向连接，wifi模块与摄像头双向连接；摄像头对机械臂动作视频图像和实验效果图像进行采集；

所述PLC控制模块包括PLC模块，接口处理模块、wifi模块；

PLC模块，用于发出真实控制信号；

接口处理模块，用于PLC控制系统的物理信号与三维虚拟执行机构的数字信号转换连接；

wifi模块，一端通过无线路由器与云服务器相连，另一端分别连接于监控与数据采集模块、PLC和机械臂控制器，实现实操平台的网络连接、实现实验系统控制数据和采集数据的相互传输；

PLC模块，与接口处理模块双向连接；

接口处理模块与wifi模块双向连接。