多自由度繪圖黑板的設計

程建建 蔡慧明

摘 要：市場上現有的黑板多為固定式，不能解決黑板反光導致學生無法看清黑板的問題。文章研究的是一種空間可變換角度的多自由度繪圖黑板，可以很好的解決反光問題，同時黑板上帶有繪圖工具，方便教師在教學過程中進行繪圖。

關鍵詞：黑板；空間可變換角度；多自由度；繪圖工具

前言

黑板在傳統意義上講它是一個可以反復書寫的平面，板面堅硬，主要用于教學。黑板從最早的用黑色涂料涂抹在木板、水泥等堅硬物體表面，到九十年代的水磨玻璃，現在的彩涂鋼板，復合材料板....見證了世界教育事業的一步步發展，為人類傳播知識，普及教育，立下了汗馬功勞。

目前教學課堂所使用的黑板不能解決光照反射問題，同時沒有自帶繪圖工具，不方便在黑板上繪圖。空間可變換角度的多自由度繪圖黑板涵蓋市場上現有黑板的多種功能。不僅可以防止光照反射，還自帶繪圖工具等。對提高教學質量具有重大意義，對黑板類教具是一種大膽的創新。

空間可變換角度的多自由度繪圖黑板方案的提出來自教學課堂，所以通過教學課堂所學課程知識對其加以設計。通過機械原理、機械設計、機械制圖等課程，了解到通過鉸鏈連接的多自由度原理，來實現角度調節；通過滑塊機構，來實現平行、垂直移動。空間可變換角度的多自由度繪圖黑板對現代教學課堂是一種革新。可以通過調節黑板的相對角度，進而改變黑板的視覺效果，使坐在教室旁側的學生也能夠看清楚黑板上的教學內容。通過增加兩個滑塊機構實現水平、垂直圖形繪制，可繪制黑板平面內任意直線。通過一中心定位銷，可實現旋轉，進而實現圓的繪制。當非繪圖教學時，可將各繪圖工具移至黑板一側。

1 多自由度繪圖黑板的結構

空間可變換角度的多自由度繪圖黑板，主要由①黑板、②滑桿、③鉸鏈連桿機構、④直尺、⑤帶槽尺、⑥抱閘組成。結構如圖1所示。

2 多自由度繪圖黑板的工作原理

2.1 鉸鏈連桿機構部分

空間可變換角度的多自由度繪圖黑板的主要設計思想源于機械臂的設計原理。如圖2所示，采用四個鉸鏈連桿機構來連接黑板和支架，使得黑板可以相對于支架移動且使黑板和支架之間呈一定角度，這樣就解決光照反射的問題。

2.2 制動裝置

為了控制黑板的位置，需要加入制動裝置，通過制動四個鉸鏈連桿機構中的一個就可以控制黑板的移動位置。采用電子抱閘的斷電鎖住，通電松開的原理來控制部分連桿的制動，連接方法如圖3所示。

2.3 黑板繪圖部分

在黑板上下兩邊緣固定安裝兩個導軌，兩個導軌里配裝相對應的滑輪，再用一根光桿作為滑桿連接在兩個滑輪上。用一個滑塊套裝在光桿上，滑塊的另一端通過銷釘與直尺1相連接，直尺1另一端通過蝶形螺母與連接尺2相連接。這樣的安裝結構使得滑輪在導軌中自由滑動并且帶動滑桿左右移動，從而使滑塊和直尺1、尺2也可以左右移動。直尺1繞著滑塊轉動使其黑板上畫出不同角度的直線，尺2可以繞著直尺1轉動可在黑板上畫圓。尺2上開有較長的粉筆槽，可以實現不同半徑的圓的繪制，其結構如圖4所示。

3作品的創新點

（1）作品運用鉸鏈連桿低副機構連接黑板和支架，實現黑板的空間移動和旋轉。

（2）作品通過導軌滑塊機構帶動繪圖工具在黑板上移動，使之實現利用黑板自帶的繪圖工具在黑板任意位置作圖。

（3）作品運用低功耗而又高效廉價的電磁抱閘來當作制動機制。

4 結束語

空間可變換角度的多自由度繪圖黑板不僅解決了學生觀看黑板的視覺難度，而且提高了老師授課的教學強度；同時也為解決老師繪圖教學，攜帶繪圖工具的麻煩和利用工具手動繪圖的不準確性等問題，給老師繪圖教學帶來極大地方便。這款教具的設計制作實用、簡單，總體造價便宜，值得推廣應用。

參考文獻

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[2]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2006

[3]何銘新，錢可強.機械制圖[M].北京：高等教育出版社，2003

[4]機械工程手冊編輯委員會編.機械工程手冊：傳動設計卷.第二版.北京：機械工業出版社，1997.

作者簡介：程建建（1993.1-），男，漢族，江西樂平人，南昌工程學院本科在讀。研究方向：機械結構設計。

蔡慧明（1993.5-），男，漢族，江西贛州人，南昌工程學院本科在讀。研究方向：機械結構設計。