一种掷币实验用数学概率运算设备及其控制系统的制作方法

本发明涉及数学教具领域，具体的说是一种掷币实验用数学概率运算设备及其控制系统。

背景技术：

概率，又称或然率、机会率、机率(几率)或可能性，它是概率论的基本概念。概率是对随机事件发生的可能性的度量，一般以一个在0到1之间的实数表示一个事件发生的可能性大小。越接近1，该事件更可能发生；越接近0，则该事件更不可能发生，其是客观论证，而非主观验证。

概率实验一般包括摸球游戏，掷硬币，转转盘，投针试验，掷图钉和掷瓶盖等实验，上述实验都应该让学生亲身做，这些实验比较简单，实验结果也不复杂，可操作性强。通过亲身做可以更好的体会事件发生的频率，及频率与概率的联系与区别，体会大量重复实验时频率可以作为事件发生概率的估计值。

学生亲自做掷硬币实验有以下几个作用：

1.有助于学生体会随机现象的特点。在进行试验及对试验数据的分析中，学生将逐渐体会到随机现象的不确定性，以及大量重复试验所呈现的规律性。

2.通过概率实验，有助于学生澄清一些错误认识。通过亲自做实验，学生可以在实验的过程当中去体会事情发生的不确定性；对于那些还存在的困惑，尤其是与经验不符的结果，通过实验，澄清错误认识，让学生信服。

现有的人工掷硬币实验往往是通过一人手抛硬币，另一人旁边计数的方式进行实验，然而，由于需要实验的次数之多，因而上述掷硬币概率实验的方法需要耗费大量人力物力，且影响实验效率；所以现在的数学概率掷硬币实验往往采用计算机进行模拟，计算机模拟实验使得学生无法参与到概率实验中，或者无法感受到切实的实验过程，从而无法使得学生加深对概率的理解；鉴于此，现急需一种能够使学生直观感受到掷硬币概率实验的乐趣，并且不影响实验效率的数学概率掷币设备。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明中所述的一种掷币实验用数学概率运算设备，其能够使学生直观感受到掷币实验的过程，增加学生对概率的兴趣和理解，且无需人工操作，具有较高的工作效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种掷币实验用数学概率运算设备，包括机身、弹币装置、接币装置和回币装置；所述的弹币装置位于机身下部，所述的接币装置位于机身上部，所述的回币装置位于机身左右两侧。

所述的机身包括立架、支板、底板、前后挡板和隔板，所述的立架位于机身下部，所述的支板数量为二，两个支板并列固连在立架左部，所述的立架上端固连有扁平底板，底板前后两侧对称设置有前后挡板，所述的前后挡板下部从后往前竖直设置有一块隔板，且隔板整体位于机身中部，隔板右侧面中部水平设置有挡币撑板；

所述的底板左部从后往前并列设置有两排通孔，每排通孔的数量为三，且两排通孔均位于两个支板的正上方；所述的前后挡板沿机身内侧左右方向水平对称设置有一对矩形贯通槽，且贯通槽位于隔板上方；

所述的弹币装置包括六个弹币器，六个弹币器分别安装在底板的六个通孔内，且六个弹币器均包括弹币板、撑币板、一号弹簧、一号弹柱、一号铁块和一号电磁铁；所述的弹币板为扁平圆形板，弹币板水平嵌入底板的通孔内，所述的撑币板固连在底板下端面，一号弹簧上端固连在弹币板上，一号弹簧下端固连在撑币板上，所述的一号弹柱上端固连在弹币板上，一号弹柱下端贯穿撑币板并固连有一号铁块，一号弹柱可在撑币板上进行上下滑动，进而实现弹币板的上下运动，所述的一号铁块正下方布置有一号电磁铁，且一号电磁铁安装在支板上；初始状态下，各一号电磁铁均不工作，此时各一号弹簧均处于完全松弛状态，各弹币板位于对应的通孔上方，当需要对硬币进行弹射时，则外部控制器控制电磁继电器工作，使得各一号电磁铁工作，一号电磁铁工作使得一号铁块被吸附在一号电磁铁上端面，同时一号弹柱带动弹币板向下运动，此时一号弹簧处于完全缩紧状态，且弹币板位于底板的通孔中部，当硬币从回币装置滑送到底板的某个通孔内时，对应通孔内的弹币器工作，与该弹币器对应的电磁继电器停止工作，一号电磁铁没有通电从而失去磁性，进而无法实现对一号铁块的吸附，此时，一号弹簧快速恢复到松弛状态，弹币板在弹簧力的作用下快速向上平动，硬币在惯性力的作用下被竖直抛出；

所述的接币装置包括无杆推板气缸、滑动块、接币板、限位板、转板气缸、连接座、转轮和滑轨；所述的无杆推板气缸数量为二，两个无杆推板气缸分别安装在前后挡板的一对贯通槽内，各无杆推板气缸上均对称安装有滑动块，所述的接币板整体为扁平立方体板，接币板前后两侧面与一对滑动块相铰接，从而接币板可绕一对滑动块左右转动，当接币板呈水平状态时，接币板下端面与隔板上端面相接触，从而接币板可在隔板上端面进行左右运动，当接币板平动时，隔板可以起到限位作用和支撑作用，限位作用是指接币板因为同时受到滑动块和隔板向上的作用力，使得隔板的平动更加稳定，不易在平动的过程产生转动；支撑作用是指隔板对接币板向上的支撑力使得接币板的受力更加平衡，所述的限位板竖直固连在接币板上端面左右两端，且限位板在接币板上呈“八”字型布置，各限位板将接币板左右两端各形成三个可供硬币通过的通币缺口，当接币板倾斜时，硬币可从各通币缺口处滑至回币装置；所述的转板气缸顶部转动安装在接币板下端面右侧，转板气缸底部固连有连接座，所述的连接座整体为立方体结构，连接座下方前后两侧对称设置有一对轮架板，所述的转轮通过轮轴安装在轮架板之间；所述的滑轨数量为二，两个滑轨从左往右水平固连在底板前后两端，且两个滑轨内均设置有供转轮通过的一号滑槽和供轮轴通过的二号滑槽；所述的转轮嵌入一号滑槽内，轮轴位于二号滑槽内，此时连接座下端面与滑轨上端面相接触，从而转板气缸不会倾倒；接币板平动的过程中，转板气缸可带动转轮在一号滑槽内滚动，转板气缸下端设计为转轮滚动的作用是减小转板气缸随接币板平动的摩擦力；初始状态下，接币板完全位于机身右侧，在硬币被弹币装置弹射到空中的过程中，外部控制器发送指令以控制无杆推板气缸工作，使得接币板快速运动到机身左侧，此时硬币回落至接币板上，接币板上安装有图像识别传感器，可对硬币正反面进行识别，再将识别的信息反馈到控制器以进行数据综合处理，接着，转板气缸可伸出，使得接币板逆时针转动，从而使得接币板上的硬币滑落至回币装置的左回装置，或者无杆推板气缸继续工作使得接币板向右平动，平动到一定距离之后，转板气缸再收缩，使得接币板顺时针转动，从而使得接币板上的硬币滑落至回币装置的右回装置，至于使硬币进行左回装置或是右回装置，由底板的两排通孔内的弹币板上是否存在硬币所决定。

所述的回币装置包括左回装置和右回装置，所述的左回装置与右回装置数量均为三，三个左回装置均包括左币滑道、左限条、左挡气缸和左挡板；各左币滑道沿机身从左往右逐步倾斜向下布置，且三个左币滑道上端分别位于接币板左端的三个通币缺口左下方，三个左币滑道下端分别固连在底板的两排通孔左侧并与并排的三个通孔左边缘相接触，三个左币滑道均通过支柱固连在机身上，且各左币滑道中部均竖直固连有左限条；所述的左挡气缸竖直固连在左限条左侧的左币滑道上，且左挡气缸底部固连有左挡板；工作时，从接币装置滑落的硬币进入左币滑道，再经左币滑道滑至底板的通孔内，令实验用硬币的高度为h，则左限条下端面与左币滑道内壁的最近距离为1.5h，从而从左限条下端经过的硬币每次只能是一枚；当从左限条下端经过一枚硬币之后，左挡气缸再伸出使得左挡板阻挡住硬币使得硬币无法继续下滑，从而每次只能有一枚硬币进入弹币板，不会出现多个硬币同时出现在一块弹币板内从而影响弹射效果的状况。

所述的三个右回装置均包括右币滑道、嵌套块、二号弹柱、右挡板、二号弹簧、二号铁块和二号电磁铁；所述的右币滑道沿机身从右往左逐步倾斜向下布置，且三个右币滑道上端分别位于接币板右端的三个通币缺口右下方，三个右币滑道下端贯穿隔板并分别固连在底板的两排通孔右侧且与并排的三个通孔右边缘相接触，且隔板与各右币滑道的上端面之间形成有滑币孔，三个右币滑道均通过支柱固连在机身上，且各滑币孔正上方的隔板上均固连有嵌套块，所述的二号弹柱可滑动的嵌入嵌套块内，二号弹柱下端固连有右挡板，所述的二号弹簧一端固连在嵌套块上，二号弹簧另一端固连在右挡板上，各二号弹柱上端均固连有二号铁块；所述的各二号铁块正上方均布置有二号电磁铁，且各二号电磁铁均固连在隔板的挡币撑板上；初始状态下，外部控制器控制电磁继电器工作，使得各二号电磁铁均工作，二号电磁铁工作使得二号铁块被吸附在二号电磁铁上端面，此时各二号弹簧均处于完全收缩状态，右挡板此时位于所能运动到的最上方，当需要对进入右币滑道的硬币进行阻隔时，则各二号电磁铁停止工作，此时一号弹簧从收缩状态立刻恢复至松弛状态，二号弹柱在弹簧力的作用下快速向下平动，使得右挡板向下运动以阻隔住硬币，防止硬币继续向下滑动。

工作时，从接币装置滑落的硬币进入右币滑道，再经右币滑道滑至底板的通孔内，令实验用硬币的高度为h，各滑币孔的高度为1.5h，从而从滑币孔经过的硬币每次只能是一枚；当从滑币孔经过一枚硬币之后，外部控制器控制电磁继电器，使电磁继电器停止工作，进而二号弹柱向下运动以使得右挡板向下阻隔硬币的运动，使得硬币无法继续下滑，从而每次只能有一枚硬币进入底板通孔内的弹币板，不会出现多个硬币同时出现在一块弹币板内从而影响弹射效果的状况。

一种掷币实验用数学概率运算设备的控制系统，所述的控制系统包括可编程控制器、传感器单元、气压单元和伺服控制器；

所述可编程控制的输出端口连接传感器单元、气压单元和伺服控制器，用于控制传感器单元、气压单元和伺服控制器的工作；

所述的传感器单元包括图像识别传感器，传感器单元分析的信号能够实时反馈到可编程控制器，可编程控制器接收到传感器单元的反馈信息后，再将信息整理后向伺服电机单元和伺服控制器发送相关指令；

所述的气压单元用于控制无杆推板气缸、转板气缸和左挡气缸的工作，且气压单元能够可选择的独立控制无杆推板气缸、转板气缸和左挡气缸中的一个进行工作；

所述的伺服控制器用于控制一号电磁铁和二号电磁铁的工作，且伺服控制器能够可选择的独立控制一号电磁铁和二号电磁铁中的一个工作；

所述的伺服控制器包括启动信号、停止信号、自动信号、原点信号、终点信号、工作点到位信号和原点复位信号。

有益效果：

本发明所述的一种掷币实验用数学概率运算设备，其能够实现对硬币的自动弹射、自动记录硬币落地的正反面，以及将硬币进行自动收集以使得硬币能够自动循环的被弹射，全程自动化操作，从而能够满足实验次数较多的数学概率实验的要求，具有较高的实验效率；并且，本发明的机身处于半封闭状态，学生能够在本发明周围清楚的对实验全过程进行全程观察，从而本发明相对于传统的计算机模拟过程来说，更能够使学生直观感受到掷币实验的过程，以增加学生对概率的兴趣和理解。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体透视图；

图2是本发明去除立架与前后挡板之后的结构示意图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明的正视图；

图5是图3的A-A方向剖视图；

图6是图4的B-B方向剖视图；

图7是本发明的侧视图；

图8是图7的C处放大图；

图9是本发明控制系统的示意图；

图中：机身1、弹币装置2、接币装置3、回币装置4、立架11、支板12、底板13、前后挡板14、隔板15、贯通槽141、挡币撑板151、滑币孔152、弹币器21、弹币板211、撑币板212、一号弹簧213、一号弹柱214、一号铁块215、一号电磁铁216、无杆推板气缸31、滑动块32、接币板33、限位板34、转板气缸35、连接座36、转轮37、滑轨38、通币缺口331、轮架板361、轮轴371、一号滑槽381、二号滑槽382、左回装置41、右回装置42、左币滑道411、左限条412、左挡气缸413、左挡板414、右币滑道421、嵌套块422、二号弹柱423、右挡板424、二号弹簧425、二号铁块426、二号电磁铁427。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施方式，进一步阐述本发明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，本发明所述的一种掷币实验用数学概率运算设备，包括机身1、弹币装置2、接币装置3和回币装置4；所述的弹币装置2位于机身1下部，所述的接币装置3位于机身1上部，所述的回币装置4位于机身1左右两侧。

所述的机身1包括立架11、支板12、底板13、前后挡板14和隔板15，所述的立架11位于机身1下部，所述的支板12数量为二，两个支板12并列固连在立架11左部，所述的立架11上端固连有扁平底板13，底板13前后两侧对称设置有前后挡板14，所述的前后挡板14下部从后往前竖直设置有一块隔板15，且隔板15整体位于机身1中部，隔板15右侧面中部水平设置有挡币撑板151；

所述的底板13左部从后往前并列设置有两排通孔，每排通孔的数量为三，且两排通孔均位于两个支板12的正上方；所述的前后挡板14沿机身1内侧左右方向水平对称设置有一对矩形贯通槽141，且贯通槽141位于隔板15上方；

所述的弹币装置2包括六个弹币器21，六个弹币器21分别安装在底板13的六个通孔内，且六个弹币器21均包括弹币板211、撑币板212、一号弹簧213、一号弹柱214、一号铁块215和一号电磁铁216；所述的弹币板211为扁平圆形板，弹币板211水平嵌入底板13的通孔内，所述的撑币板212固连在底板13下端面，一号弹簧213上端固连在弹币板211上，一号弹簧213下端固连在撑币板212上，所述的一号弹柱214上端固连在弹币板211上，一号弹柱214下端贯穿撑币板212并固连有一号铁块215，一号弹柱可在撑币板上进行上下滑动，进而实现弹币板的上下运动，所述的一号铁块215正下方布置有一号电磁铁216，且一号电磁铁216安装在支板12上；初始状态下，各一号电磁铁216均不工作，此时各一号弹簧213均处于完全松弛状态，各弹币板211位于对应的通孔上方，当需要对硬币进行弹射时，则外部控制器控制电磁继电器工作，使得各一号电磁铁216工作，一号电磁铁216工作使得一号铁块215被吸附在一号电磁铁216上端面，同时一号弹柱214带动弹币板211向下运动，此时一号弹簧213处于完全缩紧状态，且弹币板211位于底板13的通孔中部，当硬币从回币装置4滑送到底板13的某个通孔内时，对应通孔内的弹币器21工作，与该弹币器21对应的电磁继电器停止工作，一号电磁铁216没有通电从而失去磁性，进而无法实现对一号铁块215的吸附，此时，一号弹簧213快速恢复到松弛状态，弹币板211在弹簧力的作用下快速向上平动，硬币在惯性力的作用下被竖直抛出；

所述的接币装置3包括无杆推板气缸31、滑动块32、接币板33、限位板34、转板气缸35、连接座36、转轮37和滑轨38；所述的无杆推板气缸31数量为二，两个无杆推板气缸31分别安装在前后挡板14的一对贯通槽141内，各无杆推板气缸31上均对称安装有滑动块32，所述的接币板33整体为扁平立方体板，接币板33前后两侧面与一对滑动块32相铰接，从而接币板33可绕一对滑动块32左右转动，当接币板33呈水平状态时，接币板33下端面与隔板15上端面相接触，从而接币板33可在隔板15上端面进行左右运动，当接币板33平动时，隔板15可以起到限位作用和支撑作用，限位作用是指接币板33因为同时受到滑动块32和隔板15向上的作用力，使得隔板15的平动更加稳定，不易在平动的过程产生转动；支撑作用是指隔板15对接币板33向上的支撑力使得接币板33的受力更加平衡，所述的限位板34竖直固连在接币板33上端面左右两端，且限位板34在接币板33上呈“八”字型布置，各限位板34将接币板33左右两端各形成三个可供硬币通过的通币缺口331，当接币板33倾斜时，硬币可从各通币缺口331处滑至回币装置4；所述的转板气缸35顶部转动安装在接币板33下端面右侧，转板气缸35底部固连有连接座36，所述的连接座36整体为立方体结构，连接座36下方前后两侧对称设置有一对轮架板361，所述的转轮37通过轮轴371安装在轮架板361之间；所述的滑轨38数量为二，两个滑轨38从左往右水平固连在底板13前后两端，且两个滑轨38内均设置有供转轮37通过的一号滑槽381和供轮轴371通过的二号滑槽382；所述的转轮37嵌入一号滑槽381内，轮轴371位于二号滑槽382内，此时连接座36下端面与滑轨38上端面相接触，从而转板气缸35不会倾倒；接币板33平动的过程中，转板气缸35可带动转轮37在一号滑槽381内滚动，转板气缸35下端设计为转轮37滚动的作用是减小转板气缸35随接币板33平动的摩擦力；初始状态下，接币板33完全位于机身1右侧，在硬币被弹币装置2弹射到空中的过程中，外部控制器发送指令以控制无杆推板气缸31工作，使得接币板33快速运动到机身1左侧，此时硬币回落至接币板33上，接币板33上安装有图像识别传感器，可对硬币正反面进行识别，再将识别的信息反馈到控制器以进行数据综合处理，接着，转板气缸35可伸出，使得接币板33逆时针转动，从而使得接币板33上的硬币滑落至回币装置4的左回装置41，或者无杆推板气缸31继续工作使得接币板33向右平动，平动到一定距离之后，转板气缸35再收缩，使得接币板33顺时针转动，从而使得接币板33上的硬币滑落至回币装置4的右回装置42，至于使硬币进行左回装置41或是右回装置42，由底板13的两排通孔内的弹币板211上是否存在硬币所决定。

所述的回币装置4包括左回装置41和右回装置42，所述的左回装置41与右回装置42数量均为三，三个左回装置41均包括左币滑道411、左限条412、左挡气缸413和左挡板414；各左币滑道411沿机身1从左往右逐步倾斜向下布置，且三个左币滑道411上端分别位于接币板33左端的三个通币缺口331左下方，三个左币滑道411下端分别固连在底板13的两排通孔左侧并与并排的三个通孔左边缘相接触，三个左币滑道411均通过支柱固连在机身1上，且各左币滑道411中部均竖直固连有左限条412；所述的左挡气缸413竖直固连在左限条412左侧的左币滑道411上，且左挡气缸413底部固连有左挡板414；工作时，从接币装置3滑落的硬币进入左币滑道411，再经左币滑道411滑至底板13的通孔内，令实验用硬币的高度为h，则左限条412下端面与左币滑道411内壁的最近距离为1.5h，从而从左限条412下端经过的硬币每次只能是一枚；当从左限条412下端经过一枚硬币之后，左挡气缸413再伸出使得左挡板414阻挡住硬币使得硬币无法继续下滑，从而每次只能有一枚硬币进入弹币板211，不会出现多个硬币同时出现在一块弹币板211内从而影响弹射效果的状况。

所述的三个右回装置42均包括右币滑道421、嵌套块422、二号弹柱423、右挡板424、二号弹簧425、二号铁块426和二号电磁铁427；所述的右币滑道421沿机身1从右往左逐步倾斜向下布置，且三个右币滑道421上端分别位于接币板33右端的三个通币缺口331右下方，三个右币滑道421下端贯穿隔板15并分别固连在底板13的两排通孔右侧且与并排的三个通孔右边缘相接触，且隔板15与各右币滑道421的上端面之间形成有滑币孔152，三个右币滑道421均通过支柱固连在机身1上，且各滑币孔152正上方的隔板15上均固连有嵌套块422，所述的二号弹柱423可滑动的嵌入嵌套块422内，二号弹柱423下端固连有右挡板424，所述的二号弹簧425一端固连在嵌套块422上，二号弹簧425另一端固连在右挡板424上，各二号弹柱423上端均固连有二号铁块426；所述的各二号铁块426正上方均布置有二号电磁铁427，且各二号电磁铁427均固连在隔板15的挡币撑板151上；初始状态下，外部控制器控制电磁继电器工作，使得各二号电磁铁427均工作，二号电磁铁427工作使得二号铁块426被吸附在二号电磁铁427上端面，此时各二号弹簧425均处于完全收缩状态，右挡板424此时位于所能运动到的最上方，当需要对进入右币滑道421的硬币进行阻隔时，则各二号电磁铁216停止工作，此时一号弹簧213从收缩状态立刻恢复至松弛状态，二号弹柱423在弹簧力的作用下快速向下平动，使得右挡板424向下运动以阻隔住硬币，防止硬币继续向下滑动。

工作时，从接币装置3滑落的硬币进入右币滑道421，再经右币滑道421滑至底板13的通孔内，令实验用硬币的高度为h，各滑币孔152的高度为1.5h，从而从滑币孔152经过的硬币每次只能是一枚；当从滑币孔152经过一枚硬币之后，外部控制器控制电磁继电器，使电磁继电器停止工作，进而二号弹柱423向下运动以使得右挡板424向下阻隔硬币的运动，使得硬币无法继续下滑，从而每次只能有一枚硬币进入底板13通孔内的弹币板211，不会出现多个硬币同时出现在一块弹币板211内从而影响弹射效果的状况。

从而本发明能够实现对硬币的自动弹射、自动记录硬币落地的正反面，以及将硬币进行自动收集以使得硬币能够自动循环的被弹射，全程自动化操作。

一种掷币实验用数学概率运算设备的控制系统，所述的控制系统包括可编程控制器、传感器单元、气压单元和伺服控制器；

所述可编程控制的输出端口连接传感器单元、气压单元和伺服控制器，用于控制传感器单元、气压单元和伺服控制器的工作；

所述的传感器单元包括图像识别传感器，传感器单元分析的信号能够实时反馈到可编程控制器，可编程控制器接收到传感器单元的反馈信息后，再将信息整理后向伺服电机单元和伺服控制器发送相关指令；

所述的气压单元用于控制无杆推板气缸31、转板气缸35和左挡气缸413的工作，且气压单元能够可选择的独立控制无杆推板气缸31、转板气缸35和左挡气缸413中的一个进行工作；

所述的伺服控制器用于控制一号电磁铁216和二号电磁铁427的工作，且伺服控制器能够可选择的独立控制一号电磁铁216和二号电磁铁427中的一个工作；

所述的伺服控制器包括启动信号、停止信号、自动信号、原点信号、终点信号、工作点到位信号和原点复位信号。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。