一种黑洞知识相关的互动体验装置的制作方法

本申请涉及科普展品技术领域，尤其涉及一种黑洞知识相关的互动体验装置。

背景技术：

科学技术馆（简称科技馆）是以展览教育为主要功能的公益性科普教育机构。主要通过常设和短期展览，以参与、体验、互动性的展品及辅助性展示手段，以激发科学兴趣、启迪科学观念为目的，对公众进行科普教育；也可举办其它科普教育、科技传播和科学文化交流活动。

黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。根据广义相对论，在经过大密度的天体时，空间会弯曲，光也就偏离了原来的方向。在黑洞周围，空间的变形非常大，一部分光线会落入黑洞中消失，另一部分会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球，这就是人类能够观察到黑洞存在的原因之一。

根据宇宙观察，宇宙中的黑洞有很多，多到不计其数，宇宙的天体或者人类发射的飞行器到达某一个黑洞附近时，如果其距离和速度达不到一定的程度，就会被黑洞吞噬，实际上，黑洞无时不刻都在吞噬着宇宙中的各类天体。当人类的航天技术发展到一定程度后，所发射的宇宙飞行器一定会遇到黑洞的威胁，如何避免被黑洞吞噬，就成为航天学家要研究的重大课题。

依照现在的技术水平，能够逃离黑洞的办法无非有两种，一是航天器要有足够的速度；二是航天器尽量远离黑洞，从而避免被黑洞吞噬。在科普展品的设计中，如何形象直观地展现人类发射的飞行器不被黑洞吞噬、展现逃离黑洞的原理，目前常用的方法是参与者在一块多媒体触屏上进行点击浏览并且供浏览的内容大多都以直接陈述的虚拟动画形式出现，但是这样的展示方式互动形式枯燥，不能实际参与或者选择逃离的过程，缺乏趣味性，不易吸引参与者，这不利于相关知识的科普传播。

技术实现要素：

本申请所要解决的技术问题是提供一种黑洞知识相关的互动体验装置，其通过积极的人机互动方式提高了知识学习的趣味性，有利于相关知识的科普传播。

为解决上述问题，本申请所述的一种黑洞知识相关的互动体验装置包括黑洞盘，模拟宇宙飞行器的小球，相对设在所述黑洞盘两边的小球发射机构和安全沟槽；所述黑洞盘上开设有多个模拟黑洞的通孔，所述小球发射机构用于供参与者操作使所述小球以一定速度和一定角度发射出去。

优选的，该装置还包括设在所述黑洞盘和所述安全沟槽下方的小球回收归位机构，用于回收从所述黑洞和所述安全沟槽落入的所述小球并将其运送至所述小球发射机构的发射位。

优选的，该装置还包括显示屏，设在所述黑洞盘上黑洞下方以及设在所述安全沟槽下方的小球感应部件，以及与这两者均相连的处理器，所述处理器用于根据所述小球感应部件传来的信号判断所述小球是落入所述黑洞还是落入安全沟槽，并将判断结果以游戏积分获得的形式显示在所述显示屏上。

优选的，所述小球发射机构包括横向设置的发射导管，设在所述发射导管内部位于一侧的弹簧弹射件，设在所述弹簧弹射件外端部且位于所述发射导管外部的手柄，以及竖向设在所述发射导管底部的托管；所述发射导管能够相对所述托管在水平面旋转，所述弹簧弹射件内端部的前方设置小球的发射位。

优选的，所述小球发射机构在所述发射位处或附近具有向下延伸的用于接收所述小球的运送管道，所述小球回收归位机构包括设在所述黑洞盘和所述安全沟槽下方的接盘、连通所述接盘和所述运送管道的小球回流管以及设在所述运送管道的底部的电动推杆；所述电动推杆不工作时其顶部低于所述小球回流管与所述运送管道的交汇处。

优选的，该装置还包括将所述黑洞盘和所述安全沟槽围起来并向上延伸一段距离的透明罩，所述小球发射机构设在所述透明罩外部。

优选的，该装置还包括发射信号指示灯，设在所述小球发射机构发射位旁边的小球感应部件，以及与这两者均相连的处理器，所述处理器用于根据所述小球感应部件传来的信号判断所述发射位上是否有所述小球，并在所述发射位上有所述小球时点亮所述发射信号指示灯。

本申请与现有技术相比具有以下优点：

本申请中，黑洞盘模拟黑洞，小球模拟宇宙飞行器，参与者通过操作小球发射机构选择不同发射方向和发射速度，使其路过黑洞，若发射的速度和方向不对，飞行器即落入黑洞被黑洞吞噬，若选择对了，就可以绕过黑洞落入安全沟槽，逃离黑洞顺利到达目的。相较现有技术，本申请实现了较为积极的人机互动，有效提高了知识学习的趣味性，使参与者乐于多花时间参与到本展品中，有利于相关知识的科普传播。此外，本申请进一步将是否成功逃离黑洞与游戏积分结合，进一步提升了展品的趣味性和互动性。

附图说明

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本申请实施例提供的互动体验装置的结构框图。

图2为本申请实施例提供的互动体验装置的正视图。

图3为本申请实施例提供的互动体验装置的俯视图。

图4为本申请实施例提供的黑洞盘和安全沟槽的俯视图。

图5为本申请实施例提供的黑洞盘和安全沟槽的正视图。

图6为本申请实施例提供的小球发射机构的正视剖图。

图7为本申请实施例提供的小球发射机构中人造石护罩的左视图。

图8为本申请实施例提供的小球发射机构的俯视图。

图9为本申请实施例提供的小球发射机构中发射导管内部结构的放大图。

图10为本申请实施例提供的小球回收归位机构中接盘的俯视图。

图11为本申请实施例提供的小球回收归位机构中接盘的左侧视图。

图12为本申请实施例提供的小球回收归位机构中小球回流管和电动推杆的结构示意图。

图中：1—黑洞盘，2—小球发射机构，3—安全沟槽，4—小球回收归位机构，5—透明罩，6—展台；

21—手柄，22—弹簧弹射件，23—发射导管，24—托管，25—人造石护罩，26—轴承座套筒，27—螺栓，28—压盖，29—推力球轴承，210—顶环，211—固定套，212—深沟球轴承；

41—接盘，42—小球回流管，43—电动推杆。

具体实施方式

实施例1互动体验装置

参考图1，本申请实施例提供了一种黑洞知识相关的互动体验装置，该装置主要包括黑洞盘1，模拟宇宙飞行器的小球，相对（正对/斜对）设在黑洞盘1两边的小球发射机构2和安全沟槽3；黑洞盘1上开设有多个模拟黑洞的通孔，小球发射机构2用于供参与者操作使发射位上的小球以一定速度和一定角度发射出去。

本申请互动体验装置还包括显示屏，设在黑洞盘1上黑洞下方以及设在安全沟槽3下方的小球感应部件（采用光电传感器），以及与这两者均相连的处理器。处理器用于根据小球感应部件传来的信号判断小球是落入黑洞还是落入安全沟槽3，并将判断结果以游戏积分获得的形式显示在显示屏上。

本申请互动体验装置还包括将黑洞盘1和安全沟槽3围起来并向上延伸一段距离的透明罩5（采用钢化玻璃），小球发射机构2设在透明罩5外部、供参与者操作。透明罩5一方面能够阻挡小球飞出，另一方面隔离观众/参与者与内部设施，同时透明度的设置能让观众/参与者清楚地观察小球弹出时的运动轨迹和观看黑洞盘。

本申请中，由于小球的回收和发射位上的归位可以手动执行（在发射位处设置放入小球的开口），也可以由小球回收归位机构4自动执行（小球回收归位机构4方案参见实施例3），为避免出现在小球发射机构2上执行发射操作时小球并未成功归位至发射位的情况，本申请互动体验装置还包括发射信号指示灯，设在小球发射机构2发射位旁边的小球感应部件，以及与这两者均相连的处理器。处理器用于根据小球感应部件传来的信号判断发射位上是否有小球，并在发射位上有小球时点亮发射信号指示灯，示意小球已归位、具备发射条件，可以进行发射操作。

在实际应用中，本申请互动体验装置可以以一套的形式布置，也可以以多套的形成布置，比如图2至图5示出的：展台6整体呈八角形，三套小球发射机构2安装在八面体的三个相邻面上，可以同时由三个参与者操作。八面体的盘体上开设六个漏斗状通孔作为黑洞盘1，除安装有小球发射机构2的三个相邻面，其余五个面处开槽作为五个安全沟槽3。除安全沟槽除了小球回收归位机构4设在展台6下方，其余设施设在展台6台面上。

其中，黑洞的大小和相互距离，决定了游戏的难易程度，经过多次实体模拟操作，本申请设计的黑洞直径为40mm，黑洞中间的距离为200-300mm，可以保证在游戏过程中既有难度，又能够操作完成。小球用于模拟从地球发射的宇宙飞行器，小球发射的角度和速度决定了能否绕过黑洞到达对面的安全沟槽中，小球不能太重，也不能太轻，必须有一定的质量和体积，太轻了小球会弹跳甚至绕过黑洞飞行，太重了达不到一定的速度，会掉在黑洞中，实现不了逃离黑洞的目的。经过多次反复的实验，本申请把小球的直径定为16mm，用工程塑料制作，这样，既保证了小球的重量，又保证了小球的质量，能够实现多次反复使用的目的。

游戏时，三名参与者轮流参与，每人有三个球进行发射，每个发射位置都有一个发射信号指示灯，灯亮该参与者进行发射，参与者可以根据台面上黑洞的分布情况，自己选择发射速度和方向并通过调节小球发射机构2控制小球的飞行方向和飞行速度，使之尽可能绕过黑洞、落入对面的安全沟槽3里，实现逃离黑洞的目的，显示屏会有相应的分数。比如，小球落入安全沟槽3认为本次逃离黑洞成功，即得分，每球二十分，最高可得60分，若落入黑洞，则代表被黑洞所吞噬，不计分。当然，也可以1-3人同时单独操作，也可以2人以上展开竞赛，得分多者胜。

实施例2小球发射机构2

参考图6至图9，本申请中，上述小球发射机构2包括横向设置的发射导管23，设在发射导管23内部位于一侧的弹簧弹射件22，设在弹簧弹射件22外端部且位于发射导管23外部的手柄21，以及竖向设在发射导管23底部的托管24；发射导管23能够相对托管24在水平面进行一定角度范围内的旋转，弹簧弹射件22内端部前方设置小球的发射位。

弹簧弹射件22包括中心弹射杆和套设在中心弹射杆上靠近发射位一侧的第一弹簧，第一弹簧靠近发射位一端固定在壳体等附件上（准确地说是位置固定但不固定在中心弹射杆上），远离发射位一端固定在中心弹射杆上；中心弹射杆的外端部设置手柄21，内端部用于弹射小球。中心弹射杆的内端部与小球接触的部位设置其弹射缓冲作用的橡胶材料。使用时，通过控制手柄21向外拉出的距离长短控制小球的发射速度，手柄21放开后小球弹出：手柄21向外拉出越多，第一弹簧被拉伸得越长，积攒的弹性势能越多，手柄21释放时中心弹射杆内端部作用在小球上的弹射力量越大，小球的发射速度越大，反之则越小。同时，基于发射导管23，手柄21可以左右摇摆，以调节小球的发射方向。

为避免手柄21向外拉出长度超过限度，可在中心弹射杆靠近手柄21一侧套设第二弹簧，第二弹簧靠近手柄21一端固定在中心弹射杆或者手柄21上，远离手柄21一端固定在壳体等附件上（准确地说是位置固定但不固定在中心弹射杆上）。

发射导管23相对托管24的旋转通过轴承套筒组件实现，该轴承套筒组件包括轴承座套筒26、螺栓27、压盖28、推力球轴承29、顶环210、固定套211和深沟球轴承212；轴承座套筒26顶部与发射导管23固定连接，底部与压盖28外圈通过螺栓27连接，压盖28内圈与托管24不连接，因此，发射导管23左右受力摆动时带动轴承座套筒26和压盖28相对托管24旋转。

发射导管23左右摆动的范围通过人造石护罩25进行限位，俯视下人造石护罩25整体呈弧状，并且其竖向侧壁上开设有横向的开槽，该开槽相应地也呈弧状；一方面开槽的两边对发射导管23左右摆动的范围进行限位，另一方面开槽供弹簧弹射件22外端部穿过，手柄21位于人造石护罩25外部。

实施例3小球回收归位机构4

对于小球的回收和发射位上的归位是自动执行的方式，本申请还包括设在黑洞盘1和安全沟槽3下方的小球回收归位机构4，用于回收从黑洞和安全沟槽3落入的小球并将其运送至小球发射机构2的发射位。

具体地，小球发射机构2在发射位处或附近具有向下延伸的用于接收小球的运送管道，参考图10至图12，小球回收归位机构4包括设在黑洞盘1和安全沟槽3下方的接盘41、连通接盘41和运送管道的小球回流管42、以及设在运送管道底部的电动推杆43；电动推杆43不工作时其顶部低于小球回流管42与运送管道的交汇处。

在实际应用中，可以直接将实施例2中托管24设置为空心管道，用作运送管道，托管24顶部与发射导管23内部连通，底部用于接收小球。托管24顶部开口上具有一定硬度的橡胶挡片，橡胶挡片中间低周围高且从中心沿径向发射划线切割开，其一方面在小球被电动推杆43推上来时能让小球穿过、另一方面在电动推杆43向下回收后将小球托在中心低洼处，等待被弹射。

俯视下，接盘41的整体形状与图4中基于八面体设置的黑洞盘1和安全沟槽3相适应，以顺利接收从黑洞盘1中黑洞和安全沟槽3落入的小球。接盘41上从小球接收位置到小球回流管42的顶部开口处呈坡度设置，使小球在重力和重力势能的作用下顺着坡度滚入小球回流管42。对于互动体验装置以多套形成布置的情况，即一个接盘41对应多根小球回流管42的情况，沿用上述的三套为例，在满足基本功能的前提下不需要均匀分配小球，只需要用九个小球来保证三个小球发射机构2至少各有一个小球即可，若出现某个小球发射机构2短时间内小球没归位，那手动干预一下即可。

电动推杆43顶部设有小球感应部件，该小球感应部件和电动推杆43均与处理器连接，处理器用于根据小球感应部件传来的信号判断电动推杆43顶部是否有小球，若有小球，则控制电动推杆42将小球运送至小球发射机构2中发射导管23内的发射位。需要特别说明的是，本申请的重点在于将具有特定功能的各设备、组件和结构进行组合，至于各设备的功能实现，比如处理器的实现以及相应的控制技术等，这些均是现有技术中比较成熟的公知技术，即本申请要求保护的技术方案并未涉及方法上的改进。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的结构及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。