智能黑板擦設(shè)計(jì)報(bào)告

1、海軍工程大學(xué)2014年度機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)作品方案報(bào)告作品名稱：智能黑板擦參賽選手：11-422李明昊11-422趙恒11-422劉晨博11-422賈戰(zhàn)鵬指導(dǎo)教師:海軍工程大學(xué)訓(xùn)練部二0四年三月十日“一根粉筆，三尺講臺(tái)”，這是對(duì)教師的由衷贊美。殊不知，贊美背后，隱憂多多。板書帶來(lái)的“粉筆綜合癥”已成為廣大師生的頭號(hào)健康隱患。教師常年使用粉筆，不自主地“吸”入大量粉塵，容易患上呼吸系統(tǒng)疾病。而學(xué)生與粉筆塵接觸時(shí)間長(zhǎng)，易受教室二次揚(yáng)塵的危害，他們受到的危害甚至比教師更為嚴(yán)重。一名學(xué)生從小學(xué)到讀完大學(xué)至少需要16年時(shí)間，這正是生長(zhǎng)發(fā)育的黃金時(shí)期，卻要不斷受到粉筆灰塵的侵襲；一名教師從站到講臺(tái)上到退休大多在

2、40年左右，生命的大半時(shí)間都要“吃粉筆灰”。因?yàn)槊刻焐险n要寫板書、擦黑板，粉筆灰經(jīng)常把老師弄得蓬頭垢面。而且老師總是一邊寫板書，一邊講解，甚至有時(shí)一邊擦黑板，粉筆灰也就自然而然地被吸進(jìn)去。要是遇到上老師感冒、咳嗽，粉筆灰更是雪上加霜，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)哮喘。據(jù)估算，一般而言，一名中學(xué)語(yǔ)文老師在一節(jié)45分鐘的課上，需要寫一黑板的板書，而一黑板的板書需要用掉半支粉筆；而一名中學(xué)英語(yǔ)老師或數(shù)學(xué)老師在一節(jié)45分鐘的課上，往往需要寫5黑板的板書，大約就要用掉兩支半的粉筆。而畢業(yè)班的老師一天最多需要6節(jié)課，就相當(dāng)于要“吸”掉12支粉筆。一、設(shè)計(jì)目的眾所周知，黑板是我們?nèi)粘W(xué)習(xí)中必不可少的一樣教具，無(wú)論是從小學(xué)

3、還是到大學(xué)，都會(huì)使用到黑板，而一般我們平時(shí)使用的人工黑板擦不但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，還有粉塵污染空氣的缺點(diǎn)。因此，我們就有了全自動(dòng)黑板擦”的這個(gè)設(shè)想。從而達(dá)到使廣大師生減少勞動(dòng)強(qiáng)度及不受粉塵危害、身心健康得到保護(hù)的目的。另外，通過(guò)我們調(diào)查，目前市場(chǎng)中雖已有自動(dòng)黑板擦，但大多數(shù)都是針對(duì)一塊黑板，而且使用起來(lái)不方便，沒(méi)有真正達(dá)到自動(dòng)和無(wú)塵的目的，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了此“全自動(dòng)無(wú)塵黑板擦。”全自動(dòng)無(wú)塵黑板擦包括固定黑板擦的橫梁，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，聯(lián)軸器，電機(jī)支架，齒輪，齒條，齒條架，導(dǎo)軌，燕尾，燕尾槽，防塵罩，電機(jī)罩，螺桿，滑塊，連桿，黑板擦架，螺釘，螺栓，螺母等一系列零件。二、工作原理1. 控制方式用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力，控

4、制電機(jī)驅(qū)動(dòng)黑板擦的上下運(yùn)動(dòng)和導(dǎo)軌的左右運(yùn)動(dòng)。控制方式可采用單片機(jī)進(jìn)行控制，采用類似于數(shù)控機(jī)床的編程控制方式，可以擦除特定區(qū)域的字跡。在到達(dá)工作指定點(diǎn)之前抬起黑板擦進(jìn)行快進(jìn)，工作時(shí)放下黑板擦，壓緊黑板慢進(jìn)，整體提高工作效率。2. 定點(diǎn)原理利用單片機(jī)接2.4GHz無(wú)線通信模塊發(fā)送指令，黑板接收端接收到對(duì)應(yīng)的指令，執(zhí)行動(dòng)作。利用黑板上宮格的分區(qū)，分出3*6的格子，利用相似的原理，按動(dòng)遙控器的對(duì)應(yīng)按鍵，擦除對(duì)應(yīng)分區(qū)！3. 吸合與無(wú)塵黑板擦除裝置采用電磁吸合裝置，使既可貼緊黑板，亦可不貼緊黑板。即當(dāng)在“擦除”狀態(tài)時(shí)，通過(guò)電路（見(jiàn)圖1）接通，銜鐵與線圈吸合，使黑板擦與黑板緊密接觸，從而當(dāng)黑板擦上下移動(dòng)時(shí)，

5、黑板擦擦除筆跡。而在“不擦除”狀態(tài)時(shí)，吸合電路并不接通，毛刷與黑板不接觸，從而不具有擦除作黑板擦后安裝塑料盒，盒內(nèi)加裝小型風(fēng)扇（見(jiàn)圖2）,從而罩住、收集擦除字跡時(shí)產(chǎn)生的粉塵，使本裝置具有“無(wú)塵”功能。所以，當(dāng)我們需要擦黑板時(shí)，就無(wú)需直接動(dòng)手去操作，而是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)黑板擦的上下移動(dòng)與擦除，這樣就給使用者帶來(lái)不少便捷之處。圖1圖2三、設(shè)計(jì)方案1 .黑板擦移動(dòng)設(shè)計(jì)方案而電動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器與鏈輪連接，通過(guò)鏈傳動(dòng)控制黑板擦的移動(dòng),機(jī)的正反轉(zhuǎn)則可實(shí)現(xiàn)黑板擦的上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路圖如圖3,SBF相當(dāng)于“上升”按鈕，即按下SBF時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)黑板擦向上移動(dòng)；SBRf當(dāng)于“下降”按鈕，

6、即按下SBR寸電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)黑板擦向下移動(dòng)。同理，可以控制橫梁從而實(shí)現(xiàn)板擦左右移動(dòng)。2 .擦除裝置設(shè)計(jì)方案在導(dǎo)軌中裝有黑板擦，在黑板擦的兩端分別設(shè)置一銜鐵。在貼近黑板擦的邊框兩邊分別固定一個(gè)線圈（已纏有相應(yīng)匝數(shù)的導(dǎo)線），兩線圈通過(guò)開(kāi)關(guān)分別與相應(yīng)的電源連接。開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，線圈通電產(chǎn)生電磁力，在電磁力的作用下，黑板擦兩端的銜鐵克服彈簧的作用力與線圈吸合，從而實(shí)現(xiàn)了黑板擦與黑板面的緊密接觸，通過(guò)黑板擦的移動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)擦除功能。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電磁力消失，黑板擦兩端的銜鐵在彈簧的作用下與線圈分離，從而黑板擦與黑板分離，黑板擦上下移動(dòng)時(shí)，不會(huì)擦除黑板上的字跡。在黑板擦上面加一等長(zhǎng)的塑料罩盒收集散落的粉筆灰塵，

7、從而實(shí)現(xiàn)黑板上字跡的擦除功能和無(wú)塵功能。四、功能、特點(diǎn)及應(yīng)用前景1、功能傳統(tǒng)的黑板擦需要手動(dòng)實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)，并且需要人力擦除黑板筆跡，針對(duì)這些費(fèi)時(shí)、費(fèi)力和粉末污染等弊端，我們?cè)O(shè)計(jì)了以上方案，該方案是建立在自動(dòng)控制與機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理的基礎(chǔ)之上，綜合了機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電器的自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了黑板擦的多功能、模塊化和自動(dòng)化設(shè)計(jì)。全自動(dòng)無(wú)塵黑板擦主要具有以下幾部分功能：（ 1）利用電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的原理，通過(guò)減速器、齒輪和鏈條來(lái)實(shí)現(xiàn)黑板擦的自動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)。（ 2）利用電磁吸合原理，使擦除裝置與黑板可以自動(dòng)接觸與脫離，從而實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨意擦除黑板的功能。（ 3）利用靜電原理，避免了粉塵隨意漂浮的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了粉塵的集中清

8、理功能。（ 4）通過(guò)電路、開(kāi)關(guān)和操作面板，實(shí)現(xiàn)所有運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)化控制。2、特點(diǎn)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了機(jī)械運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)控制相結(jié)合的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，使全自動(dòng)無(wú)塵黑板擦與傳統(tǒng)的黑板擦除方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（ 1）黑板擦的上下運(yùn)動(dòng)通過(guò)按鈕自動(dòng)控制，方便可靠、省時(shí)省力，節(jié)省了上課時(shí)間，提高了上課效率。2）由于采取了粉塵集中清除措施，在黑板擦上面加一塑料罩盒收集散落的粉筆灰，從而避免了擦黑板過(guò)程中產(chǎn)生的灰塵給老師、同學(xué)帶來(lái)的身體危害，具有環(huán)保型的特點(diǎn)。（ 3）本方案采用了主電路與控制電路相分離的方法，從而操作安全。（ 4）本方案所實(shí)現(xiàn)的功能，是根據(jù)現(xiàn)已有黑板的尺寸及特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，所以安裝時(shí)只需對(duì)原黑板經(jīng)過(guò)改造，

9、既能達(dá)到全自動(dòng)無(wú)塵的效果，而無(wú)需將原黑板全部換掉。（ 5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，便于安裝。（ 6）系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，操作方便。3、應(yīng)用前景隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，課堂教學(xué)對(duì)黑板已不是像以前那樣依賴，但黑板的方便書寫的特點(diǎn)仍是不可替代的，所以黑板仍是課堂教學(xué)所不可缺少的。但是，由于傳統(tǒng)的黑板擦除方法存在著很多弊端，在當(dāng)今以人文本、全面建設(shè)和諧社會(huì)的趨勢(shì)下，這種弊端越來(lái)越顯現(xiàn)出來(lái)，所以，全自動(dòng)無(wú)塵的黑板擦除裝置，勢(shì)必在今后教學(xué)設(shè)備中占有一席之地。經(jīng)過(guò)我們的調(diào)查，市場(chǎng)中也已存在不少類似產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品中絕大多數(shù)并沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)“全自動(dòng)”與“無(wú)塵”的結(jié)合，甚至有些產(chǎn)品反而使操作更復(fù)雜，針對(duì)這些問(wèn)題，我們所設(shè)計(jì)的本套全自動(dòng)無(wú)塵黑板擦不僅實(shí)現(xiàn)了“全自動(dòng)”與“無(wú)塵”的完美結(jié)合，真正做到了操作簡(jiǎn)便、安全，而且整套裝置是根據(jù)現(xiàn)已有的黑板設(shè)計(jì)的，在原有黑板上只需經(jīng)過(guò)改造，即可成為本產(chǎn)品，所以，該產(chǎn)品較同類產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力，更具有廣闊的市場(chǎng)前景。五、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)1、功能創(chuàng)新全自動(dòng)無(wú)塵黑板實(shí)現(xiàn)了黑板擦的自動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)、擦除裝置的自動(dòng)接觸和分離與粉塵的集中清除等功能。2、模塊化設(shè)計(jì)根據(jù)以上功能的分解和組合，將自動(dòng)無(wú)塵黑板按模塊分別設(shè)計(jì)，最后按功能需要組合而成。3、概念設(shè)計(jì)傳統(tǒng)黑板需要老師或?qū)W生親自動(dòng)手擦除粉筆字跡，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響上課效率，危害老師學(xué)生的身體健康。而全自動(dòng)無(wú)塵黑板則解決了此種問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了其運(yùn)動(dòng)與擦除功能的自