教学场景的姿态识别及教学状态分析用硬件机构

1.本实用新型涉及教育教学技术领域，更具体地说，它涉及教学场景的姿态识别及教学状态分析用硬件机构。


背景技术：

2.伴随着科技的发展，在现代化的教学过程中，为了评估教师教学的质量，会对教师的姿态进行识别以及对教学状态进行分析，即通过对课堂中教师的动作行为以视频的形式进行记录，根据记录的结果进行动作行为分析，判断教师所处的动作状态。
3.现有针对老师动作行为进行分析的程序多样，比如openpose姿态识别程序：openpose姿态识别程序是先基于摄像头所获取的视频，对视频进行抽帧，并利用视频抽帧读取到的第一帧画面，对教师进行定位，并把定位过程中的骨架作为基础，为后续连续画面的骨架行为判断的依据，后续连续画面当中，以这个定位信息为基础，逐步更新上一时刻教师位置，进一步的根据人体骨架所呈现的一个整体动作，以骨架间的位置信息为判定标志，判定分析每一帧画面的教师处的动作状态。
4.上述程序虽然较为先进，但其实现需要依托于能够用于教室的硬件设备，由于教师在教学过程中，需要频繁的在讲台走动、板书，因此存在动作幅度较大、不规律的现象，因此上述程序仅仅在通过现有摄像机对讲台进行录设并通过程序本身对老师进行定位的情况下，存在着录设信息不良姿态识别不准确，进一步导致程序判定信息即教学状态分析不准确的现象，进而不利于实现对课堂中教师动作的精准记录，即不利于后续通过程序对教师所进行的动作行为分析。为解决此类问题，我们提出教学场景的姿态识别及教学状态分析用硬件机构。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供教学场景的姿态识别及教学状态分析用硬件机构，实现对课堂中教师动作的精准记录。
6.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：包括集成箱和步进电机，所述集成箱水平横置且步进电机设在集成箱的一端，所述集成箱内部的另一端设有轴杆，所述步进电机的输出端及轴杆上均安装有承载轮盘，两个所述承载轮盘之间共同套设有承载钢缆。
7.两个所述承载轮盘下方之间的承载钢缆上套设有钢套，且两个所述承载轮盘下方之间所对应的集成箱底部开设有孔道，所述钢套的下部焊接有承载杆，所述承载杆的下端贯穿孔道并焊接有安装框，所述安装框呈日字型，且所述安装框上端的内表面固定安装有跟踪摄像头，所述安装框中部的下表面安装有ldm4x测距传感器。
8.所述步进电机所在集成箱一端的内部安装有电源模块、plc控制器、无线传输模块及步进驱动器，所述电源模块与plc控制器、无线传输模块、步进驱动器、跟踪摄像头及ldm4x测距传感器之间均电性连接，所述步进驱动器与步进电机之间电性连接，且所述跟踪
摄像头与无线传输模块之间电信号连接，所述ldm4x测距传感器与plc控制器之间电信号连接。
9.通过采用上述技术方案，跟踪摄像头及ldm4x测距传感器均朝向教师讲台，在跟踪摄像头识别教师面部的情况下，安装框上的ldm4x测距传感器能够测定跟踪摄像头与教师之间的距离，因此在教师在讲台上因走动而距离发生变化的情况下，ldm4x测距传感器能够及时获知并通过步进驱动器的运动来调节跟踪摄像头与教师之间的距离，从而确保通过踪摄像头对老师动作姿态的准确识别。
10.本实用新型进一步设置为：所述无线传输模块信号连接有计算机设备，所述计算机设备安装有openpose姿态识别程序。
11.通过采用上述技术方案，跟踪摄像头所录设的视频信息会实时通过无线传输模块传递至计算机设备，在openpose姿态识别程序的运行下，可实现对教师的姿态识别及教学状态分析，由于跟踪摄像头与教师之间的距离可控，能够确保获得准确的教师姿态及教学状态分析结果。
12.本实用新型进一步设置为：所述集成箱下方后侧的两端之间安装有导缆，所述导缆的上套设有可滑动的导环，所述导环的下端设有挂钩，所述电性连接及电信号连接对应的导线挂设在导环的挂钩处，且所述导线与挂钩之间固定连接。
13.通过采用上述技术方案，相对导缆能够进行滑动的导环，能够对导线的整理，从而避免在承载杆移动的过程中，导线出现散乱、缠绕的现象。
14.本实用新型进一步设置为：所述步进驱动器为inas英纳仕ezd552控制型两相混合式步进驱动器。
15.通过采用上述技术方案，在plc控制器通过ldm4x测距传感器获得跟踪摄像头与教师之间的距离的情况下，根据距离的实际值与设定值之间的差异，plc控制器发出控制信号至步进驱动器，此时步进驱动器控制步进电机进行相应的转动，使承载钢缆在两个承载轮盘之间移动，从而控制跟踪摄像头与教师之间的距离符合设定值，进而确保了跟踪摄像头准确的对教师姿态进行录制，确保了传递至计算机设备的教师姿态视频的精准。
16.本实用新型进一步设置为：所述集成箱外部上表面的两端焊接有固定座。
17.通过采用上述技术方案，整个硬件机构在使用的过程中，通过固定座安装在教室讲台前方的天花板上，固定方便能够有效避免占用教室地面的空间。
18.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
19.整体机构在运用的过程中，在实现对安装有openpose姿态识别程序计算机设备进行视频传输的情况下，能够通过实时控制跟踪摄像头与教师之间的距离，避免了因距离较远所导致的教师动作录取模糊的现象，确保了准确的对教师姿态进行录制，从而确保了通过openpose姿态识别程序对教师的姿态进行准确的识别以及识别后对应教学状态的准确分析，且整个硬件机构使用简单，安装后能够避免占用教室的地面空间，有利于在推广运用。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
21.图1为本实用新型的剖视图；
22.图2为本实用新型的主视图。
23.图3为本实用新型的plc控制器、电源模块、步进电机及步进驱动器之间的电路图。
24.附图中标记及对应的零部件名称：1、集成箱；2、步进电机；3、承载轮盘；4、承载钢缆；5、钢套；6、孔道；7、承载杆；8、安装框；9、跟踪摄像头；10、ldm4x测距传感器；11、plc控制器；12、无线传输模块；13、步进驱动器；14、导缆；15、导环；16、固定座；17、电源模块。
具体实施方式
25.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图1-3，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
26.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
27.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.实施例：参照图1-2，教学场景的姿态识别及教学状态分析用硬件机构，包括集成箱1和步进电机2，集成箱1水平横置且步进电机2设在集成箱1的一端，集成箱1内部的另一端设有轴杆，步进电机2的输出端及轴杆上均安装有承载轮盘3，两个承载轮盘3之间共同套设有承载钢缆4，集成箱1外部上表面的两端焊接有固定座16。
30.两个承载轮盘3下方之间的承载钢缆4上套设有钢套5，且两个承载轮盘3下方之间所对应的集成箱1底部开设有孔道6，钢套5的下部焊接有承载杆7，承载杆7的下端贯穿孔道6并焊接有安装框8，安装框8呈日字型，且安装框8上端的内表面固定安装有跟踪摄像头9，安装框8中部的下表面安装有ldm4x测距传感器10。
31.步进电机2所在集成箱1一端的内部安装有电源模块17、plc控制器11、无线传输模块12及步进驱动器13，步进驱动器13为inas英纳仕ezd552控制型两相混合式步进驱动器，无线传输模块12信号连接有计算机设备，计算机设备安装有openpose姿态识别程序。
32.参照图3，电源模块17与plc控制器11、无线传输模块12、步进驱动器13、跟踪摄像头9及ldm4x测距传感器10之间均电性连接，步进驱动器13与步进电机2之间电性连接，且跟踪摄像头9与无线传输模块12之间电信号连接，ldm4x测距传感器10与plc控制器11之间电信号连接。
33.集成箱1下方后侧的两端之间安装有导缆14，导缆14的上套设有可滑动的导环15，导环15的下端设有挂钩，电性连接及电信号连接对应的导线挂设在导环15的挂钩处，且导
线与挂钩之间固定连接。
34.工作原理：在使用的过程中，集成箱1通过固定座16安装在教室讲台前方的天花板上，保持跟踪摄像头9、ldm4x测距传感器10朝向讲台，在设定ldm4x测距传感器10与教师之间的距离的情况下，当ldm4x测距传感器10与教师之间的实际值发生改变后，plc控制器11将信号传递至步进驱动器13，步进驱动器13控制步进电机2进行相应的转动，使承载钢缆4在两个承载轮盘3之间移动，控从而控制了跟踪摄像头9与教师之间的距离，且在承载钢缆4移动的过程中导环15相对导缆14移动，可避免导线出现凌乱的现象，
35.由于跟踪摄像头9与教师之间的距离可控，从而保证了跟踪摄像头9与教师之间的距离保持在适当范围内的状态，进而确保了通过跟踪摄像头9准确的对教师姿态进行录制，确保了通过openpose姿态识别程序对教师的姿态进行准确的识别以及识别后对应教学状态的准确分析，且整个硬件机构使用简单，安装后能够避免占用教室的地面空间，进而使得整个硬件结构有利于用于通过openpose姿态识别程序所进行的教学姿态识别及教学状态分析。
36.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。