智能黑板擦設計報告

1、精品資料海軍工程大學2014年度機械創(chuàng)新設計作品方案報告作品名稱： 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)鵬指導教師:精品資料海軍工程大學訓練部二0四年三月十日“一根粉筆，三尺講臺”，這是對教師的由衷贊美。殊不知，贊美 背后，隱憂多多。板書帶來的“粉筆綜合癥”已成為廣大師生的頭號健 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。而學生與粉筆塵接觸時間長， 易受教室二次揚塵的危害， 他們受到的危害甚至比教師更為嚴重。 一名學生從小學到讀完大學至 少需要16年時間，這正是生長發(fā)育的黃金時期，卻要不斷受到粉筆 灰塵的侵襲

2、；一名教師從站到講臺上到退休大多在40年左右，生命 的大半時間都要“吃粉筆灰”。因為每天上課要寫板書、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， 甚至有時一邊擦黑板， 粉筆灰也就自然而然地被吸進去。 要是遇到上 老師感冒、咳嗽，粉筆灰更是雪上加霜，嚴重的還會引發(fā)哮喘。據(jù)估 算，一般而言，一名中學語文老師在一節(jié)45分鐘的課上，需要寫精品資料一 黑板的板書， 而一黑板的板書需要用掉半支粉筆； 而一名中學英語老 師或數(shù)學老師在一節(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 相當于要“吸”掉12支粉筆。一、

3、設計目的眾所周知， 黑板是我們?nèi)粘W習中必不可少的一樣教具， 無論是 從小學還是到大學， 都會使用到黑板， 而一般我們平時使用的人工黑 板擦不但費時、費力，還有粉塵污染空氣的缺點。因此，我們就有了全自動黑板擦”的這個設想。從而達到使廣大師生減少勞動強度及精品資料不受粉塵危害、身心健康得到保護的目的。 另外，通過我們調(diào)查， 目前市場中雖已有自動黑板擦， 但大多數(shù)都是針對一塊黑板， 而且使 用起來不方便， 沒有真正達到自動和無塵的目的， 因此我們設計了此 “全自動無塵黑板擦。”全自動無塵黑板擦包括固定黑板擦的橫梁，驅(qū)動電機，聯(lián)軸器， 電機支架，齒輪，齒條，齒條架，導軌，燕尾，燕尾槽，防塵罩，電 機

4、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.控制方式用兩個電動機作動力， 控制電機驅(qū)動黑板擦的上下運動和導軌的 左右運動。 控制方式可采用單片機進行控制， 采用類似于數(shù)控機床的 編程控制方式， 可以擦除特定區(qū)域的字跡。 在到達工作指定點之前抬 起黑板擦進行快進，工作時放下黑板擦，壓緊黑板慢進，整體提高工 作效率。2.定點原理利用單片機接2.4GHz無線通信模塊發(fā)送指令， 黑板接收端接收 到對應的指令，執(zhí)行動作。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，按動遙控器的對應按鍵，擦除對應分區(qū)！3.吸合與無塵黑板擦除裝置采用電磁吸合裝置， 使既可貼

5、緊黑板， 亦可不貼緊 黑板。即當在“擦除”狀態(tài)時，通過電路（見圖1）接通，銜鐵與線圈 吸合，使黑板擦與黑板緊密接觸，從而當黑板擦上下移動時，黑板擦 擦除筆跡。而在“不精品資料擦除”狀態(tài)時，吸合電路并不接通，毛刷與黑板不 接觸，從而不具有擦除作用。黑板擦后安裝塑料盒，盒內(nèi)加裝小型風扇（見圖2）,從而罩住、 收集擦除字跡時產(chǎn)生的粉塵，使本裝置具有“無塵”功能。所以，當我 們需要擦黑板時，就無需直接動手去操作，而是通過控制開關，來實 現(xiàn)黑板擦的上下移動與擦除，這樣就給使用者帶來不少便捷之處。圖1圖2三、設計方案1.黑板擦移動設計方案電動機通過減速器與鏈輪連接，通過鏈傳動控制黑板擦的移動， 而電動精品

6、資料機的正反轉則可實現(xiàn)黑板擦的上下移動， 實現(xiàn)電動機正反轉的 電路圖如圖3,SBF相當于“上升”按鈕，即按下SBF時電動機正轉， 帶動黑板擦向上移動；SBR相當于“下降”按鈕，即按下SBR時電動 機反轉，帶動黑板擦向下移動。同理，可以控制橫梁從而實現(xiàn)板擦左 右移動。2.擦除裝置設計方案在導軌中裝有黑板擦，在黑板擦的兩端分別設置一銜鐵。 在貼近 黑板擦的邊框兩邊分別固定一個線圈（已纏有相應匝數(shù)的導線），兩線 圈通過開關分別與相應的電源連接。 開關閉合時，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，從而實現(xiàn)了黑板擦與黑板面的緊密接觸，通過黑板擦的移動， 來

7、實現(xiàn)擦除功能。開關斷開時，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， 黑板擦上下移動時， 不會擦除黑板上的字跡。 在黑板擦上面加一等長的塑料罩盒收集散落 的粉筆灰塵，從而實現(xiàn)黑板上字跡的擦除功能和精品資料無塵功能。四、功能、特點及應用前景1、功能傳統(tǒng)的黑板擦需要手動實現(xiàn)其運動， 并且需要人力擦除黑板筆跡， 針對這些費時、費力和粉末污染等弊端，我們設計了以上方案，該方 案是建立在自動控制與機械運動原理的基礎之上，綜合了機械運動與 電器的自動化控制，實現(xiàn)了黑板擦的多功能、模塊化和自動化設計。 全自動無塵黑板擦主要具有以下幾部分功能：（1）利用電動機可實現(xiàn)正反轉

8、的原理，通過減速器、齒輪和鏈 條來實現(xiàn)黑板擦的自動上下運動。（2）利用電磁吸合原理，使擦除裝置與黑板可以自動接觸與脫 離，從而實現(xiàn)隨時、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，實現(xiàn)了粉塵 的集中清理功能。（4）通過電路、開關和操作面板， 實現(xiàn)所有運動的自動化控制。2、特點在設計過程中，采用了機械運動和自動控制相結合的創(chuàng)新設計方 法，使全自動無塵黑板擦與傳統(tǒng)的黑板擦除方法相比， 具有如下優(yōu)點：（1）黑板擦的上下運動通過按鈕自動控制，方便可靠、省時省 力，節(jié)省了上課時間，提高了上課效率。精品資料（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，

9、從而避免了擦黑板過程中產(chǎn)生的灰塵給老師、 同學帶來的身體危害，具有環(huán)保型的特點。（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）本方案所實現(xiàn)的功能，是根據(jù)現(xiàn)已有黑板的尺寸及特點設 計的，所以安裝時只需對原黑板經(jīng)過改造， 既能達到全自動無塵的效 果，而無需將原黑板全部換掉。（5）結構簡單，成本低，便于安裝。（6）系統(tǒng)原理簡單，操作方便。3、應用前景隨著多媒體技術的發(fā)展， 課堂教學對黑板已不是像以前那樣依賴， 但黑板的 方便書寫的特點仍是不可替代的，所以黑板仍是課堂教學 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 當今以人文本、 全面建設和諧社會的趨勢下，

10、這種弊端越來越顯現(xiàn)出 來，所以，全自動無塵的黑板擦除裝置，勢必在今后教學設備中占有 一席之地。經(jīng)過我們的調(diào)查，市場中也已存在不少類似產(chǎn)品，但這些 產(chǎn)品中絕大多數(shù)并沒有完全實現(xiàn)“全自動”與“無塵”的結合，甚至有些 產(chǎn)品反而使操作更復雜， 針對這些問題， 我們所設計的本套全自動無 塵黑板擦不僅實現(xiàn)了“全自動”與“無塵”的完美結合，真正做到了操作 簡便、安全，而且整套裝置是根據(jù)現(xiàn)已有的黑板設計的，在原有黑板 上只需經(jīng)過改造，即可成為本產(chǎn)品，所以，該產(chǎn)品較同類 產(chǎn)品更具 有競爭力，更具有廣闊的市場前景。五、主要創(chuàng)新點精品資料1、功能創(chuàng)新全自動無塵黑板實現(xiàn)了黑板擦的自動上下運動、 擦除裝置的自動 接觸和分離與粉塵的集中清除等功能。2、模塊化設計根據(jù)以上功能的分解和組合，將自動無塵黑板按模塊分別設計， 最后按功能需要組合而成。3、概念設計傳統(tǒng)黑板需要老師或?qū)W生親自動手擦除粉筆字跡， 費時費力， 影 響上課效率， 危害老師學生的身體健康。 而全自動無塵黑板則解決了 此種問題，實現(xiàn)了其運動與擦除功能的自動化，