[0001] 本发明涉及互联网应用系统，具体地说，是以互联网为基础的远程操作实验的系统。

[0002] 当前，实验人员需要进行实验时，是要到实验室进行实际操作。在缺乏实验条件的地区，就无法开展实验，实验人员不能获取实验的感性知识和理性知识，缺乏动手机会。例如，在贫困地区的一些中学就缺乏(物理、化学、生物等)实验室，只能从书本或资料上了解实验实验过程和实验结果，不能掌握实验的操作能力。

[0003] 有些实验需要较复杂的设备和实验环境，采用了(实验)模拟器进行实验操作，一般模拟器的价格不菲，维护技术要求高，不能广泛的普及。

[0004] 互联网的普及，互联网+的广泛应用，为远程操作和使用设备提供了数据传输平台。

[0005] 机械手和机器人技术的高速发展，为远程操作提供了方便条件。

[0006] 目前的物理实验方法有：观察法、理想模型法、科学推理法、等效替代法、控制变量法、转换法、类比法、比较法、图像法和放大法等。

[0007] 化学实验方法有观察法、加热法、混合法、电解法、置换法、合成法、燃烧法、分离法等。

[0008] 生物实验方法有：观察法、解剖法、收集法、(物理、化学)反应法等[0009] 在良好的通信条件下，建立了宽带的网络平台，利用计算机技术，编制应用软件，配置智能仪器和操作装置，采用视频系统实现实验人员的远程操作。将地球真正变为地球村。

[0038] 下面结合附图对本发明进行详细描述：

[0039] (一)系统组成和运用：

[0040] 如图1所示：共享实验室系统由广泛分布的用户终端1、大量、分散的共享实验室2 和系统运行管理中心3组成；共享实验室系统必须建立在高速数据流的网络平台上运行。

[0041] 各个共享实验室系统的运行商，各自建立自己的管理中心3和所属的共享实验室2。实验人员的用户终端1可以选择共享实验室系统的运行商。

[0042] 共享实验室系统的运用：首先，实验人员在用户终端1的显示器13的界面上，在多个共享实验室系统中选择所需的共享实验室系统；再按图1中的步骤①：用户终端1与共享实验室系统的管理中心3建立数据链路，在显示器13上显示共享实验室系统的界面，其包括实验门类(物理、化学、生物等)、年级(初一、初二至高三等)、实验学科(力学、声学等)、实验项目(力的平衡、奥斯特实验‘一氧化碳还原氧化铁’等)，选定实验项目后；管理中心3(按②步骤)选择对应的共享实验室2的计算机24，发送用户终端1的地址，计算机 24控制实验装置21、对应的摄像头22、机械手23等设备，并向管理中心3发送实验项目准备就绪信息；按步骤③用户终端1和共享实验室2建立了数据链路，实验人员通过用户终端1对共享实验室2的计算机24发送操作指令，再按实验流程开展实验；共享实验室2的摄像头22向用户终端1实时传送实验画面，计算机24同时发送实验过程和结果。用户终端 1完成实验后，立即向管理中心3发出退出指令、并中断与共享实验室2的数据通信链路，退出实验。

[0043] (二)用户终端1

[0044] 只要有网络就可以建立用户终端1，所以用户终端1数量大、分布广，具有实验人员文化水平差别大、语言种类多等特点。

[0045] 用户终端1的设备档次差别大，最简单的是一台通用计算机12，如图2所示：比较高档的用户终端1包括服务器1、计算机12、多台显示器13、话筒和耳机14、操作装置15；大型用户终端(如实验教学)实质上是在服务器11后面链接多台计算机12，供多名实验人员同时参与实验。

[0046] 通用计算机12本身就带有键盘、鼠标、显示器、喇叭等。键盘、鼠标可以选择共享实验室系统的运行商、语种、实验门类、年级、学科和实验项目。

[0047] 显示器13显示选择图标界面、共享实验室的实验装置、所用工具、实验过程、和实验结果等。

[0048] 装有话筒和喇叭(耳机)14的用户终端1，实验人员可以与实验室的工作人员(实验员) 交流互动，请求实验员的帮助，参与定制实验的实验过程。

[0049] 操作装置15分别为键盘151、鼠标152、按钮153、旋钮154、开关155、滚轮156、操纵杆157、触摸屏158等，使用操纵装置15控制共享实验室的机械手23，实验人员选用合适的操纵装置15进行实验。

[0050] 实验人员需要在用户终端1下载共享实验室的系统软件，按操作指南的指引参与实验。

[0051] (三)共享实验室2

[0052] 共享实验室2是本发明的核心部分，也是种类最多，技术复杂，邻域很宽的部分。共享实验室2可分为虚拟共享实验室、实体共享实验室和混合共享实验室三种。

[0053] 虚拟共享实验的实验项目相当于一种专用的电子游戏：按实验项目录制了该实验所有的各个操作后的各段实验过程，当实验人员在用户终端1进行操作时，虚拟共享实验室对应播放操作后的实验过程。虚拟共享实验室是可复制、可扩散的，应用比较广泛，是以软件为主的共享实验室。例如，生物的解剖实验就比较适合采用虚拟共享实验室。

[0054] 实体共享实验室是专门建立的实验室，按实验项目安排实验装置、相关设备，实验人员在用户终端1操作时，共享实验室对应的机械手23进行实际操作。例如，物理的力学、电学方面的实验就比较适合采用实体共享实验室。

[0055] 混合共享实验室是实体和虚拟相结合的共享实验室，在实体实验室操作困难的实验段，安排虚拟实验室的内容。一些化学实验就可以采用混合共享实验室。

[0056] 共享实验室2如图3所示：主要由实验装置21、摄像头22、机械手23、计算机24、参数显示器25等组成；

[0057] 其中，实验装置21种类很多。不同的实验项目需要有不同的实验装置21；同一个实验内容，可以采用不同的实验方法，当然就要采用不同的实验装置21。

[0058] 实验装置21有三类设备：实验设备211、测试设备212和辅助设备213。

[0059] [例如：

[0060] (1)物理的力学中力的平衡实验：

[0061] 实验内容是验证两个力的合力的平行四边形定则。如图4所示b.c两个力的合力与a力之间的平衡实验。其实验装置21是由3个拉力电机2101、3个数字弹簧秤2102、刻度盘 2103、2个旋转盘2104、2个旋转电机2105、2个滑轮2106、1个连接环2107、安装板2108 等组成；

[0062] 实验装置21中：拉力电机2101、滑轮2106、连接环2107、旋转电机2105和旋转盘2104 为实验设备211；刻度盘2103和数字弹簧秤2102为测试设备212；安装盘2108、中心轴
21082、限位板为辅助设备213。

[0063] 3个拉力电机2101分别固定在安装板的A.B.C3点，a拉力电机的拉绳与a力的弹簧秤 2102一端固定；.b.c拉力电机的拉绳分别通过(固定在转盘2104上)滑轮2106与b力.c力的弹簧秤2102一端固定；3个弹簧秤2102的另一端连接在连接环2107上，连接环的圆心为O1。刻度盘2103固定在安装板2108的中心轴21082的O点，2个旋转盘2104分上、下两层套在安装板2108的中心轴21082上；旋转盘2104通过边缘的齿轮21041与旋转电机 2105的齿轮咬合，控制旋转电机2105的正反转，旋转转盘2104，滑轮2106的位置也同时调整，b力和c力的方向也随之调整；在安装板2108上安装限位板21081，限定旋转板2104 的旋转范围。

[0064] 实验方法如下：调整旋转电机2105，选择b力和c力的方向；当拉力绳松软时，需要调整3个拉力电机2101，使拉力绳绷紧，此时三个力达到平衡；再将连接环的圆心O1点调整到中心轴O点上，b.c两个力合力在Od上，与a力方向相反，数量相等。

[0065] 验证计算：b力与c力的合力为d力，以b力、c力的两个方向为两边，以弹簧秤2102 的值为边的长度，其组成的平行四边形的对角线Od为合力的值；通过b力、c力弹簧秤2102 的值和Ob、.Oc的夹角可以计算出合力的值，应该等于a力弹簧秤2102的值。从而验证两个力的合力的平行四边形定则。

[0066] (2)化学中的一氧化碳还原氧化铁实验

[0067] 实验原理：一氧化碳还原氧化铁的化学反应式为

[0068] 3CO+Fe2O3＝2Fe+3CO2

[0069] 实验装置21如图5所示，它由反应试管2111、加热酒精灯2112、一氧化碳进气装置2113、验证试管2121、安全酒精灯2131、支架2132、垫块2133组成。

[0070] 其中：实验设备211为反应试管2111、加热酒精灯2112和一氧化碳进气装置2113。测试设备212为验证试管2121。辅助装置213包括支架2132、安全酒精灯2131、垫块2133 等。

[0071] 反应试管2111内放置氧化铁，一端连接一氧化碳气管(包括电磁截门)和气源2113，另一端连接验证试管2121，在验证试管2121内装有澄清的石灰水；在反应试管2111下面放有加热酒精灯2112，在装置末端放置安全酒精灯2131，用于点燃反应剩余的一氧化碳，避免一氧化碳中毒和爆燃。

[0072] 实验方法如下：首先向试管通入一氧化碳，排空装置内的空气，点燃安全酒精灯2131，排出的一氧化碳被点燃；再点燃加热酒精灯2112，对反应试管2111加热，试管内的一氧化碳与氧化铁进行催化反应，反应产生的二氧化碳通入验证试管2121，验证试管2121内的石灰水与二氧化碳反应，产生的碳酸钙悬浮物，使石灰水浑浊；反应试管2111中的氧化铁由红变成为铁。

[0073] (3)使用显微镜观察霉菌

[0074] 在生物实验中显微镜是常用的实验装置21。使用好显微镜是生物实验的基础，中学的生物实验课就有使用显微镜一课。]

[0075] 其摄像头22将实验装置的工作状态、实验过程和实验结果传送给用户终端，实验人员掌握实验情况。根据实验要求，安装一台或多台摄像头22。采用数字摄像头就直接连接计算机24，它是接受用户终端1的调控。

[0076] 机械手23是用于安放实验用品、调节实验装置、它能有拿、放、推、拉、旋、按、压、提、盖等动作，例如：电磁铁231、传输轨道232、点火器233、电机234等。机械手23的种类多样、简易程度相差巨大，合理的实验方法和实验装置可以简化机械手23的结构。例如采用电磁铁的机械手吸(含铁的)实验工具和用品；在放置位置上配置电磁铁，就不需要精确定位的机械手23。机械手23只是一种统称，只要完成动作功能就可以。

[0077] 计算机24是接收用户终端1的指令，以管理实验装置、实验用品，控制实验过程，采集实验结果，传送实验状态和实验结果。计算机24对外连接网络，对内连接实验装置21、摄像头22、机械手23、参数显示器25。

[0078] 参数显示器25是用于显示一些重要实验参数，为方便实验人员直接观看、掌握。例如：工作气体的气压表、电压表、工作时间表等。

[0079] (四)管理中心3

[0080] 管理中心3顾名思义是用于管理共享实验室系统。每个运营者通过自己的管理中心3对内管理分布在各处的共享实验室，对外接待用户终端1的查询、选择，向用户终端1发布应用软件、用户须知等文件，沟通用户终端1与共享实验室2的联系。

[0081] 管理中心1实时了解共享实验室2的工作情况，帮助用户在实验过程中需要解决的问题：必要时，需要强行中断实验和建立违规用户的黑名单等项工作。

[0082] 如图6所示：管理中心3主要由服务器31、计算机32和数据库33组成。服务器31对外连接网络，对内连接计算机32。一般的管理中心3需要联系广大的用户终端1、大量的共享实验室2，需要由多台计算机并网工作，所以管理中心3采用服务器31的和计算机32组成的计算机系统，以保证管理工作的畅通。管理中心3具有大量的数据资料，需要配有数据库3，还可以储存虚拟共享实验室2的实验项目文件。

[0083] 综上所述，本发明是以互联网平台实现实验人员远程操作实验装置，开展所需的实验，实现实验资源的社会共享。实现实验人员可以跨地域(甚至跨国界)进行所需的各种实验，各个实验资源丰厚的单位和企业，可以建成分散的、专业的或集中的实验室，为社会公众提供共享实验资源。

[0084] 共享实验室实现了资源的全社会共享，中学的物理、化学、生物等共享实验室可以为经济落后的地区提供教育均等的机遇。一些优质的学校也将获得缺少的实验资源。

[0085] 共享实验室提供了各国教育的交流机遇，实现各国的基础教育的共同发展。