全自动磁吸附黑板擦机器人

全自动磁吸附黑板擦机器人

作者：暂无

来源：《发明与创新·中学生》 2017年第9期

擦黑板是日常教学中一项常规工作，它不仅耗时费力，而且产生的粉尘不利于师生的身体

健康。因此，我设计了一个全自动黑板擦机器人。

一、结构与工作原理

全自动磁吸附黑板擦机器人主要包含行走、吸附、驱动控制、擦拭四大系统。该机器人采

用间隙永磁的吸附方式，通过交替N-S极永磁体布置实现磁路耦合，为机器人提供爬壁吸附力。

电机驱动机器人轮式移动机构，使机器人在黑板上运动。机器人移动时，由安装于底盘下

的擦拭系统完成擦拭黑板的任务。

二、设计过程

1.行走系统

行走系统设计主要是确定行走轮的布局方案，本机器人采用的布局方案如图1所示。

该方案采用四个全向轮布置方式，可实现黑板擦机器人在黑板壁面上纵向和横向无障碍地

移动。由于没有转弯半径，故整体采用方形设计，在擦拭过程中可最大程度地覆盖黑板表面。

2.吸附系统

黑板擦机器人要完成擦黑板的任务，最基本的功能是实现在壁面上可靠的吸附，因此吸附

系统非常关键。我提出了一种面状间隙式吸附方案，如图2所示。它有如下特点。

（1）永磁体和轭铁组成的面状吸附系统与壁面之间预留一定的间隙，且可根据需要调节吸附力。

（2）将吸附功能与移动功能分离，使机器人吸附能力强、移动灵活。

3.驱动控制系统

驱动系统由行走电机、控制芯片、避障模块、降压模块组成。

整个控制系统的流程为：机器人从黑板的左下方出发，先向上行走，当碰到黑板上方的边

缘时，安装在黑板擦前方的红外避障传感器根据反射回来的红外线判断机器人所处的位置，进

而让其停止运动，1秒之后会向右行驶一段与机器人宽度相同的位移。

然后再向下运动，当碰到下方的边沿时，安装在黑板擦下方的红外避障传感器根据反射回

来的红外线判断机器人所处的位置，再次让其停止运动，1秒之后再向右行驶一段与机器人宽

度相等的位移，如此循环进行工作。

当其同时收到两个（右边和上方红外避障模块或右边和下方红外避障模块）红外避障模块

反馈信号时，机器人自动停止擦拭，此时运动结束。

4.擦拭系统

擦拭系统安装在机器人底盘下面，主要由布和海绵叠置构成，可使机器人走到哪里就擦拭到哪里。可拆卸式设计便于清洗。

三、样机组装及测试运行

全自动磁吸附黑板擦机器人样机如图3所示。

经样机运行测试证明，全自动磁吸附黑板擦机器人结构合理，吸附能力和驱动控制系统性能达到了设计要求，并且具有体积小、吸附性好、移动灵活且平稳、易操作等优点，能很好地将黑板有效、快速地擦拭干净。