[發明專利]一種實驗儀器操作行為記錄系統

有效

• 申請號: 201711383525.8
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN109947233B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 董靖川;陸鋼慶;李曉奇;閆傳濱
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G07C1/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開了一種實驗儀器操作行為記錄系統，包括實驗行為記錄儀、教學實驗儀器、實驗被測對象、實驗傳感器、手部運動捕捉控制器、手部運動感應板和計算機。手部運動感應板含有M行、N列的非接觸式手部距離傳感器矩陣，用于感應實驗者手部的空間位置。實驗行為記錄儀在實驗期間不斷地同步記錄各個時刻距離傳感器矩陣的狀態數據和教學實驗儀器的操作裝置的狀態、儀器的工作狀態及測試信號數據。計算機上運行著實驗行為數據處理軟件，含有實驗行為數據存儲、顯示和分析模塊。本發明能通過數據，客觀地、量化地、完整地記錄、重現實驗者操作行為，為實驗者操作的正確性、熟練性評價，及實驗教學效果、實驗設計的合理性等方面的研究提供科學依據。

技術領域

本發明屬于實驗教學設備領域，具體涉及一種實驗教學中實驗儀器操作的自動化記錄系統。

背景技術

實驗操作的訓練是培養科學和工程人才方面的重要內容。實驗操作中，現代儀器的使用是一項重要技能。儀器操作中尤其需要對操作步驟正確性、儀器使用的熟練性、數據獲取的準確性等方面進行練習和評估。然而當前實驗教學中，往往只能通過指導教師的觀察，憑借主觀經驗判斷學生的儀器操作水平，無法實現客觀的量化評估，且一對一的指導占用大量人力和時間，訓練質量也難以保障。因此，需要一種技術能夠實現對儀器操作行為進行全過程的記錄，以便對操作過程進行客觀、準確地分析，幫助學員快速熟練掌握正確的儀器使用方法。

在實驗中，實驗操作者手部的運動過程數據是重要的記錄內容。目前手部運動記錄方法包括數據手套和機器視覺等。數據手套需要操作者佩戴含有大量傳感器的專用手套，因而可能影響操作者的行動，容易對實驗儀器操作造成影響。機器視覺的方法對環境光線、物體背景、拍攝角度、數據處理等都有較嚴格的要求，難以在實際的復雜的實驗儀器操作環境下準確捕捉手部動作。因而目前需要更加自然、可靠、簡便的非接觸式手部動作數據采集技術。此外，還需要了解在實驗進程中，操作者手部與實驗儀器的交互過程。

為了了解操作者對儀器的使用過程，應該記錄以下內容：(1)操作者手部運動過程，(2)儀器按鍵、旋鈕等輸入裝置的操作序列，(3)儀器內部模式、狀態的變化過程，(4)輸入、輸出信號的變化過程。此外，以上內容應該包含準確的時間信息，以便準確重建儀器使用者操作時序順序，供分析使用。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種實驗儀器操作行為記錄系統，可解決當前實驗教學中對操作過程缺乏客觀、量化記錄的問題，實現全面、準確、自動化的操作行為記錄，作為對實驗操作過程進行科學分析的依據，以提高操作水平和實驗教學的效果。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種實驗儀器操作行為記錄系統，包括實驗行為記錄儀、教學實驗儀器、實驗被測對象、實驗傳感器、手部運動捕捉控制器、手部運動感應板和計算機。教學實驗儀器通過傳感器接口與實驗傳感器連接，可以在實驗中采集實驗被測對象上的信號。教學實驗儀器的面板上具有顯示裝置和操作裝置。顯示裝置用于顯示測試信號及儀器工作狀態等。實驗者可通過手部觸發操作裝置改變教學實驗儀器的工作狀態。所述的教學實驗儀器可以獲得操作裝置的狀態、儀器的工作狀態及測試信號等數據，并傳輸至實驗行為記錄儀。

進一步的，實驗行為記錄儀用于記錄操作相關的數據，并與計算機進行通信。實驗行為記錄儀具有實驗儀器數據接口、手部運動數據接口及上位機接口。實驗儀器數據接口與教學實驗儀器上的儀器數據傳輸接口連接。手部運動數據接口與手部運動捕捉控制器上的動作數據傳輸接口連接。上位機接口與計算機連接。

進一步的，手部運動捕捉控制器用于控制手部運動感應板采集手部運動數據并傳輸至實驗行為記錄儀上。手部運動捕捉控制器通過感應板接口與手部運動感應板連接。

進一步的，手部運動感應板用于感應實驗者手部的空間位置。手部運動感應板為平板型，水平放置在教學實驗儀器的操作面板前方。手部運動感應板含有M行、N列的非接觸式手部距離傳感器矩陣，以確定手部的空間位置。