【关键词】自动黑板擦 粉尘 水袋式 舵机

1 设计目的

为了克服擦拭黑板带来的不便及粉笔灰的飘扬问题，保护广大师生的身体健康，实现无尘清洁黑板。我们深入调研了国内新型黑板擦得现状，现有黑板擦采用干燥擦拭或用风力吸尘的方法，效果不理想，在擦拭黑板时，仍然有较多粉笔灰在空气中飘扬。针对这个问题，我们设计“新型水袋式无尘黑板擦”。该设备能在减少劳动强度的基础上实现完全无粉尘清，使广大师生避免遭受粉尘的危害。另外，通过调查，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，因此我们设计巧妙的机械结构，实现上述功能。

2 工作原理

本方案采用电动机做主动件，利用其正反转原理和行程开关来控制黑板擦的上下运动和停止。制面板安装四个按键，控制着电机的正反转，从而控制擦除时和不擦除时黑板的上下移动。擦除模块利用舵机来控制擦除装置与黑板的接触和分离；引水模块利用导管将水袋中的水浸入到毛毡，利用湿毛毡吸附原理来收集粉尘，实现黑板擦上下移动时，无粉尘清除黑板上字迹的功能。首先将装置固定在黑板边缘上，其长与黑板相当，高约五厘米，宽约十厘米。在该装置内部置有两个宽约四厘米，长与黑板一样长的板槽，用于安装擦拭黑板的毛毡。将擦布安装于两板槽之上，其中上侧擦布为湿擦，下侧为干擦。利用舵机控制两板槽转动，实现干布擦拭与湿布擦拭之间的转换。另外将小型可封闭集水器安装在外壳上方，利用细长导管将水流引入板槽内，实现小水流滴水功能。待侧上部板擦被润湿之后，启动电源，舵机顺时针转动，将上侧板槽下压，令上板擦与黑板接触较为紧密。之后按键启动电机转动，实现板擦移动擦拭黑板。待湿擦一遍后，该设备回到初始位置，舵机逆时针旋转，干布下调于黑板较紧密接触，然后电机转动，按照原轨迹擦拭，实现擦干黑板的功能。

3 设计方案

该新型水袋式无尘黑板擦由外壳、擦除装置、移动装置、可拆卸的刷毛（可更换）、滑动槽、过滤袋、小水袋、引流导管、电源开关组成。

3.1 黑板擦上下移动设计方案

电动机与链轮利用减速器连接，链轮转动控制黑板擦移动。当电动机的正转时可实现黑板擦向上移动，电动机的反转时可实现黑板擦向下移动，从而实现电动机正反转。控制面板上有四个按钮，当按 “上升”按钮时，电动机正转，带动黑板擦向上移动，；当按 “下降”按钮时，电动机反转，带动黑板擦向下移动。另外两个按键是在空载状态下，实现黑板擦得移动调节。

3.2 擦除装置设计方案

该擦除装置内部置有两个宽约四厘米，长与黑板一样长的板槽，用于安装擦拭黑板的毛毡。将小型可封闭集水器安装在外壳上方，利用细长导管将水流引入板槽内，实现将毛毡润湿的功能。两板槽之间的转换是通过舵机旋转来实现的，利用一V形支架将两板槽与舵机相连。当舵机顺时针转动，将上侧板槽下压，令上板擦与黑板接触较为紧密；舵机逆时针旋转，干布下调于黑板较紧密接触。控制两板槽调动，实现干布擦拭与湿布擦拭之间的转换。

3.3 水袋装置设计方案

该小型水袋装置为本设计区别于其他设计最重要的一点。该小型可封闭集水器安装在外壳上方，在水袋下部引出一根导管，将该导管打孔，打孔段引入上侧板槽内与毛毡接触。水流利用自重流下，经导管缓缓渗透到毛毡上，实现毛毡润湿。当擦拭黑板时，为防止水流累积在板槽内，我们在板槽下部开出引流槽，将污水引流在下部污水收集袋中，实现洁净清理的过程。利用水袋装置完全可以实现无粉尘清洁黑板，避免了粉尘乱飞，影响空气质量，保护广大师生的身体健康。

4 主要创新点

4.1 功能创新

新型水袋式无尘黑板擦实现了黑板擦的自动上下运动、擦除装置的自动接触和分离与无粉尘的清洁等功能。

4.2 模块化设计

根据以上功能的分解和组合，将自动无尘黑板擦按模块分别设计，最后按功能需要组合而成。

4.3 设计创新

运用生活中的水清洁功能，将水袋装置应用清洁黑板之上，完全实现了无粉尘清洁黑板的目的。

5 总结

经过深入调查，市场中的新型黑板擦已出现很多，但这些产品中绝大多数并没有完全实现 “无尘清洁”的功能，甚至有些产品反而使操作更复杂，针对这些问题，我们所设计的装置完全克服擦拭黑板带来的不便及粉笔灰的飘扬问题，保护广大师生的身体健康，实现无尘清洁黑板。真正做到了操作简便、安全，而且整套装置是根据现已有的黑板设计的，在原有黑板上只需经过简单安装，即可使用。方便了教学，保护了师生的健康。

参考文献

[1]乔娟，王艳丽.环保板擦的设计与制作[J].中国新技术新产品，2009（12）.

[2]康华光主编.电子技术基础・数字部分（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]敖银辉.基于DSP的无刷直流电机控制系统研究[J].广东工业大学学报，2004（04）.

[4]辜承林，陈乔夫，熊永前.电机学（第二版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.

[5]骆光照，王鹏，吴梅，安锦文.直接驱动电动舵机的混合H2/H∞控制器设计[J].西北工业大学学报，2004（05）.

作者简介

邓智鸿，男，现为德州市德城区德州学院学生，研究方向为科技创新工作。