多自由度繪圖黑板的設(shè)計(jì)

程建建 蔡慧明

摘 要：市場上現(xiàn)有的黑板多為固定式，不能解決黑板反光導(dǎo)致學(xué)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(shí)黑板上帶有繪圖工具，方便教師在教學(xué)過程中進(jìn)行繪圖。

關(guān)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(tǒng)意義上講它是一個(gè)可以反復(fù)書寫的平面，板面堅(jiān)硬，主要用于教學(xué)。黑板從最早的用黑色涂料涂抹在木板、水泥等堅(jiān)硬物體表面，到九十年代的水磨玻璃，現(xiàn)在的彩涂鋼板，復(fù)合材料板....見證了世界教育事業(yè)的一步步發(fā)展，為人類傳播知識(shí)，普及教育，立下了汗馬功勞。

目前教學(xué)課堂所使用的黑板不能解決光照反射問題，同時(shí)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(xiàn)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(duì)提高教學(xué)質(zhì)量具有重大意義，對(duì)黑板類教具是一種大膽的創(chuàng)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(xué)課堂，所以通過教學(xué)課堂所學(xué)課程知識(shí)對(duì)其加以設(shè)計(jì)。通過機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖等課程，了解到通過鉸鏈連接的多自由度原理，來實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)；通過滑塊機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)平行、垂直移動(dòng)。空間可變換角度的多自由度繪圖黑板對(duì)現(xiàn)代教學(xué)課堂是一種革新。可以通過調(diào)節(jié)黑板的相對(duì)角度，進(jìn)而改變黑板的視覺效果，使坐在教室旁側(cè)的學(xué)生也能夠看清楚黑板上的教學(xué)內(nèi)容。通過增加兩個(gè)滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)水平、垂直圖形繪制，可繪制黑板平面內(nèi)任意直線。通過一中心定位銷，可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)圓的繪制。當(dāng)非繪圖教學(xué)時(shí)，可將各繪圖工具移至黑板一側(cè)。

1 多自由度繪圖黑板的結(jié)構(gòu)

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(jī)構(gòu)、④直尺、⑤帶槽尺、⑥抱閘組成。結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)部分

空間可變換角度的多自由度繪圖黑板的主要設(shè)計(jì)思想源于機(jī)械臂的設(shè)計(jì)原理。如圖2所示，采用四個(gè)鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)來連接黑板和支架，使得黑板可以相對(duì)于支架移動(dòng)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(dòng)裝置

為了控制黑板的位置，需要加入制動(dòng)裝置，通過制動(dòng)四個(gè)鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)中的一個(gè)就可以控制黑板的移動(dòng)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(dòng)，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(gè)導(dǎo)軌，兩個(gè)導(dǎo)軌里配裝相對(duì)應(yīng)的滑輪，再用一根光桿作為滑桿連接在兩個(gè)滑輪上。用一個(gè)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(jié)構(gòu)使得滑輪在導(dǎo)軌中自由滑動(dòng)并且?guī)?dòng)滑桿左右移動(dòng)，從而使滑塊和直尺1、尺2也可以左右移動(dòng)。直尺1繞著滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)使其黑板上畫出不同角度的直線，尺2可以繞著直尺1轉(zhuǎn)動(dòng)可在黑板上畫圓。尺2上開有較長的粉筆槽，可以實(shí)現(xiàn)不同半徑的圓的繪制，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3作品的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）作品運(yùn)用鉸鏈連桿低副機(jī)構(gòu)連接黑板和支架，實(shí)現(xiàn)黑板的空間移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。

（2）作品通過導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)繪圖工具在黑板上移動(dòng)，使之實(shí)現(xiàn)利用黑板自帶的繪圖工具在黑板任意位置作圖。

（3）作品運(yùn)用低功耗而又高效廉價(jià)的電磁抱閘來當(dāng)作制動(dòng)機(jī)制。

4 結(jié)束語

空間可變換角度的多自由度繪圖黑板不僅解決了學(xué)生觀看黑板的視覺難度，而且提高了老師授課的教學(xué)強(qiáng)度；同時(shí)也為解決老師繪圖教學(xué)，攜帶繪圖工具的麻煩和利用工具手動(dòng)繪圖的不準(zhǔn)確性等問題，給老師繪圖教學(xué)帶來極大地方便。這款教具的設(shè)計(jì)制作實(shí)用、簡單，總體造價(jià)便宜，值得推廣應(yīng)用。

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作者簡介：程建建（1993.1-），男，漢族，江西樂平人，南昌工程學(xué)院本科在讀。研究方向：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

蔡慧明（1993.5-），男，漢族，江西贛州人，南昌工程學(xué)院本科在讀。研究方向：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。