基于慧魚模型的智能化黑板設計

摘 要：慧魚創意組合模型是一種技術含量較高的工程技術類拼裝模型，是展示科學原理和技術過程的理想教具。基于慧魚技術設計了一種全智能化黑板，針對傳統黑板的不足進行了創新性設計，賦予了黑板新教具的使用智能化、多功能化、實用化、舒適化等多重功能，從而滿足現代化課堂教學的需要。

關鍵詞：黑板；智能化；慧魚創意組合模型

中圖分類號：TB472文獻標識碼：A文章編號：2095-7394（2015）02-0047-04

隨著人們生活水平的提高，新型智能化的產品正滲透到生活中的方方面面。目前，多數學校依舊在使用傳統的老式教學設施（簡單的黑板、黑板擦、粉筆組合）。顯然這些東西跟不上現代化教學的要求，不能夠為老師、學生提供最大化便利，達不到優質化的教學環境。例如，個子矮的老師想要在黑板高處寫字的時候，需要高舉手臂，甚至踮起腳尖，顯然會很累，也不方便。若只在黑板下部分寫字，則整個黑板的利用率會大大降低，飛舞的粉塵也給師生們的健康帶來危害；同時，傳統黑板用久了表面會變光滑，易反光。因此，現代教學需要一種新型的黑板來改變這一切！

國內一些學者也就傳統的黑板、黑板擦等問題進行了改造和升級，然而都是在原有基礎上簡單地對外觀、無粉塵化、自動擦拭中的某一單項功能進行改造，達不到全自動化、無粉塵化、舒適化、多功能化的新要求，故至今尚未見較新穎的智能黑板得到推廣。

因此，從多功能化、舒適、環保等角度綜合考慮，智能化黑板的創新設計能彌補現有教學設施的諸多不足，它的多功能化可更好地改善教學環境。

1 慧魚模型簡介

慧魚創意組合模型是技術含量很高的工程技術類智趣拼裝模型，為創新教育和創新實驗提供了最佳的載體。[1]它有體現不同學科知識點的各種組合包，主要有教學模型、培訓模型、工業模型三大系列，涵蓋了機械、電子、控制、氣動、汽車技術、能源技術和機器人技術等領域和高新學科，利用工業標準的基本構件，輔以傳感器、控制器、執行器和軟件的配合，可以實現任何技術過程的還原。此模型有助于提高大學生的創新能力與實踐能力。[2]利用慧魚模型進行智能化黑板的設計，簡化了該裝置各個機構的設計制作過程，并有利于進行多次拆卸與改進。

2 設計特點及裝置功能

2.1 設計特點

（1）機電結合。“智能化黑板”通過使用微機電結合的自動化操作方式，減少老師上課的不便（如需要親自擦黑板，需要高舉手、踮起腳尖寫字），提高了老師講課的效率，更具有現代化氣息。

（2）傳動精準自如。本設計采用特殊的塑料薄膜代替原有的黑板，在微電機驅動下，帶動桿系傳動，從而實現黑板的自動升降，使老師更方便地在任意位置書寫并調整內容的位置，大大提高黑板利用率。

（3）多功能化。改造后的黑板可直接充當投影儀的投影幕布，集升降、擦拭、轉動等多功能于一體。

（4）自動擦拭。當黑板上書寫滿時，可實現自動擦拭已使用的板面的功能。

（5）無粉塵化。

2.2 裝置功能

（1）傳動功能。智能化黑板的傳動利用了渦輪蝸桿的傳動、齒輪齒條的傳動、齒輪與齒輪之間的傳動等傳動機構。其中渦輪蝸桿裝置傳動平穩，其傳動比大，結構緊湊且噪聲小。齒輪齒條傳動實現了軸線的平移，使黑板擦更為平穩的到達指定位置，并且具有壽命長，效率高等優點。齒輪與齒輪的傳動具有可靠且穩定的優點。

（2）清潔功能。黑板板面采用特殊薄膜質材料，具有便于書寫，便于擦拭等優點且表面不易反光，更換方便。黑板擦則采用特殊棉材料，具有較強的吸附灰塵雜質的特性，便于清洗。

3 基于慧魚模型的機械系統方案設計

本設計充分考慮使用黑板過程中的需要，通過傳動裝置實現黑板的上、下任意移動（即通過軸轉動帶動黑板上下移動）；通過升降裝置實現黑板擦的復位與擦拭功能；外加LED燈，解決反光問題。通過整體的優化設計，使傳動裝置、升降裝置統一于一體，實現一鍵化操作擦拭、復位等功能。通過外加的升降開關，可任意調節黑板的升或降。

3.1傳動裝置

智能化黑板傳動裝置如圖1所示，左部圓錐齒輪嚙合，在電動機帶動下，圓錐齒輪嚙合，帶動蝸桿左右移動，蝸輪實現左右移動的同時帶動滑塊一起移動，當移動到最左方的時候觸發限位開關，開關觸發齒輪齒條開始工作，電機帶動齒輪轉動實現板擦的上、下移動。

3.2 清潔裝置

在圖2中，觸發限位開關4，電動機1，2開啟，通過減速機中齒輪的轉動從而帶動黑板擦向下移動。黑板擦接觸到黑板板面時，限位開關1，2被碰觸，該電動機停止轉動，另一電動機4開始轉動，黑板板面開始上、下移動，實現黑板的擦拭任務，直至擦拭完畢。

3.3 復位裝置

黑板擦拭完畢，復位動作自動開始。黑板反方向移動復位的同時電動機1、2帶動減速器中齒輪逆時針旋轉遠離黑板板面，到達指定位置后碰觸相應的上端限位開關，一切動作停止。復位機構及上、下限位開關如圖3所示。

4 基于慧魚軟件的控制系統設計方案

該智能化黑板裝置動作都是由程序自動控制，在開發環境LLWin3.0下[3]，設計其控制系統程序如圖4所示。當按下總開關I8，電動機M4開始順時針轉動，左部傳動裝置蝸輪蝸桿開始工作，電動機帶動蝸桿轉動，當移動到最下方的時候觸發限位開關I4，電動機M4停止轉動。

電動機M1、M2帶動減速器中齒輪的轉動從而并帶動黑板擦的上下移動。黑板擦接觸到黑板面時，限位開關1、2被碰觸，黑板板面在電動機4的帶動下開始向上移動，實現黑板的擦拭任務，直至擦拭完畢；黑板運動到上部極限位置即右端時，碰觸到限位開關I6，電動機M4停止。電動機M1、M2反向轉動（即順時針轉動），帶動減速器中齒輪反向轉動從而帶動黑板擦上升遠離黑板板面直至觸碰到上端限位開關I7，到達指定位置，停止工作。

各元件名稱及對應功能，見表1。

5 結語

“慧魚”創意組合模型的設計制作采用了機械構件、電氣構件及控制軟件等[4，5]，通過機構設計，組裝搭建模型，進行軟件編程實現程序控制，直流電機驅動，內置齒輪箱傳動，完成了智能化黑板裝置的設計、組裝、調試等全過程，從而實現一系列的傳動功能、清潔功能、升降功能等，以達到智能化使用黑板的教學目的，也實現了黑板與投影幕布的一體化。同時，該智能裝置也解決了傳統黑板粉塵對師生健康的危害，以及老式黑板反光及利用率不高等問題。

參考文獻：

[1]曲凌.慧魚創意機器人設計與實踐教程[M].上海：上海交通大學出版社，2007.

[2]竇艷濤，黃豪杰，李健，等.基于慧魚技術的家用洗碗機方案設計[J].實驗室研究與探索，2013（3）：31-33.

[3]慧魚公司.LLWin3.0操作手冊[R].北京：中教儀科技有限公司，2010.

[4]劉天軍，毛建秋，支波浩，等.基于“慧魚”創意組合模型的避障機器人的設計與制作[J].常州工學院學報，2012（2）：6-9.

[5]周敘榮，劉天軍，劉加南，等.基于慧魚創意組合模型的多功能卷軸白板的設計制作[J].常州工學院學報，2014（4）：7-11.

Abstract：Fischertechnik，a technology-engineering assembled model of creative technology，is an ideal teaching aid of demonstrating scientific principles and technical process.The paper introduces the design of an automated，intelligent blackboard based on the Fischer technology.The project analyzed the disadvantages of the traditional blackboard and designed an innovative blackboard.It gives blackboard and eraser use intelligent，multi-functional，practical，comfortable and multiple connotations so as to meet the needs of modern class teaching.

Key words：blackboard；intelligence；fischertechnik

責任編輯 祁秀春