智能黑板擦设计报告

海军工程大学2014年度机械创新设计

作品方案报告

作品名称：智能黑板擦

参赛选手：

11-422 李明昊

11-422 赵恒

11-422 刘晨博

11-422 贾战鹏

指导教师：

海军工程大学训练部

二〇一四年三月十日

前言

“一根粉笔，三尺讲台”，这是对教师的由衷赞美。殊不知，赞美背后，隐忧多多。板书带来的“粉笔综合症”已成为广大师生的头号健康隐患。教师常年使用粉笔，不自主地“吸”入大量粉尘，容易患上呼吸系统疾病。而学生与粉笔尘接触时间长，易受教室二次扬尘的危害，他们受到的危害甚至比教师更为严重。一名学生从小学到读完大学至少需要16年时间，这正是生长发育的黄金时期，却要不断受到粉笔灰尘的侵袭；一名教师从站到讲台上到退休大多在40年左右，生命的大半时间都要“吃粉笔灰”。因为每天上课要写板书、擦黑板，粉笔灰经常把老师弄得蓬头垢面。而且老师总是一边写板书，一边讲解，甚至有时一边擦黑板，粉笔灰也就自然而然地被吸进去。要是遇到上老师感冒、咳嗽，粉笔灰更是雪上加霜，严重的还会引发哮喘。据估算，一般而言，一名中学语文老师在一节45分钟的课上，需要写一黑板的板书，而一黑板的板书需要用掉半支粉笔；而一名中学英语老师或数学老师在一节45分钟的课上，往往需要写5黑板的板书，大约就要用掉两支半的粉笔。而毕业班的老师一天最多需要6节课，就相当于要“吸”掉12支粉笔。

一、设计目的

众所周知，黑板是我们日常学习中必不可少的一样教具，无论是从小学还是到大学，都会使用到黑板，而一般我们平时使用的人工黑板擦不但费时、费力，还有粉尘污染空气的缺点。因此，我们就有了“全自动黑板擦”的这个设想。从而达到使广大师生减少劳动强度及

不受粉尘危害、身心健康得到保护的目的。另外，通过我们调查，目前市场中虽已有自动黑板擦，但大多数都是针对一块黑板，而且使用起来不方便，没有真正达到自动和无尘的目的，因此我们设计了此“全自动无尘黑板擦”。

全自动无尘黑板擦包括固定黑板擦的横梁，驱动电机，联轴器，电机支架，齿轮，齿条，齿条架，导轨，燕尾，燕尾槽，防尘罩，电机罩，螺杆，滑块，连杆，黑板擦架，螺钉，螺栓，螺母等一系列零件。

二、工作原理

1.控制方式

用两个电动机作动力，控制电机驱动黑板擦的上下运动和导轨的左右运动。控制方式可采用单片机进行控制，采用类似于数控机床的编程控制方式，可以擦除特定区域的字迹。在到达工作指定点之前抬起黑板擦进行快进，工作时放下黑板擦，压紧黑板慢进，整体提高工作效率。

2.定点原理

利用单片机接2.4GHz无线通信模块发送指令，黑板接收端接收到对应的指令，执行动作。利用黑板上宫格的分区，分出3*6的格子，利用相似的原理，按动遥控器的对应按键，擦除对应分区！

3.吸合与无尘

黑板擦除装置采用电磁吸合装置，使既可贴紧黑板，亦可不贴紧黑板。即当在“擦除”状态时，通过电路（见图1）接通，衔铁与线

圈吸合，使黑板擦与黑板紧密接触，从而当黑板擦上下移动时，黑板擦擦除笔迹。而在“不擦除”状态时，吸合电路并不接通，毛刷与黑板不接触，从而不具有擦除作用。

黑板擦后安装塑料盒，盒内加装小型风扇（见图2），从而罩住、收集擦除字迹时产生的粉尘，使本装置具有“无尘”功能。所以，当我们需要擦黑板时，就无需直接动手去操作，而是通过控制开关，来实现黑板擦的上下移动与擦除，这样就给使用者带来不少便捷之处。

图1

图2

三、设计方案

1．黑板擦移动设计方案

电动机通过减速器与链轮连接，通过链传动控制黑板擦的移动，而电动机的正反转则可实现黑板擦的上下移动，实现电动机正反转的电路图如图3,SBF相当于“上升”按钮，即按下SBF时电动机正转，带动黑板擦向上移动；SBR相当于“下降”按钮，即按下SBR时电动机反转，带动黑板擦向下移动。同理，可以控制横梁从而实现板擦左右移动。

图3

2．擦除装置设计方案

在导轨中装有黑板擦，在黑板擦的两端分别设置一衔铁。在贴近黑板擦的边框两边分别固定一个线圈(已缠有相应匝数的导线)，两线圈通过开关分别与相应的电源连接。开关闭合时，线圈通电产生电磁力，在电磁力的作用下，黑板擦两端的衔铁克服弹簧的作用力与线圈吸合，从而实现了黑板擦与黑板面的紧密接触，通过黑板擦的移动，来实现擦除功能。开关断开时，电磁力消失，黑板擦两端的衔铁在弹簧的作用下与线圈分离，从而黑板擦与黑板分离，黑板擦上下移动时，

不会擦除黑板上的字迹。在黑板擦上面加一等长的塑料罩盒收集散落的粉笔灰尘，从而实现黑板上字迹的擦除功能和无尘功能。

四、功能、特点及应用前景

1、功能

传统的黑板擦需要手动实现其运动，并且需要人力擦除黑板笔迹，针对这些费时、费力和粉末污染等弊端，我们设计了以上方案，该方案是建立在自动控制与机械运动原理的基础之上，综合了机械运动与电器的自动化控制，实现了黑板擦的多功能、模块化和自动化设计。全自动无尘黑板擦主要具有以下几部分功能：

（1）利用电动机可实现正反转的原理，通过减速器、齿轮和链

条来实现黑板擦的自动上下运动。

（2）利用电磁吸合原理，使擦除装置与黑板可以自动接触与脱离，从而实现随时、随意擦除黑板的功能。

（3）利用静电原理，避免了粉尘随意漂浮的缺点，实现了粉尘

的集中清理功能。

（4）通过电路、开关和操作面板，实现所有运动的自动化控制。

2、特点

在设计过程中，采用了机械运动和自动控制相结合的创新设计方法，使全自动无尘黑板擦与传统的黑板擦除方法相比，具有如下优点：（1）黑板擦的上下运动通过按钮自动控制，方便可靠、省时省力，节省了上课时间，提高了上课效率。

（2）由于采取了粉尘集中清除措施，在黑板擦上面加一塑料罩