智能遙控黑板擦拭機(jī)器人

褚璐+李華東

摘 要：本論文設(shè)計(jì)一種新型的智能遙控黑板擦拭機(jī)器人，包括小車本體與清潔裝置等結(jié)構(gòu)。利用Arduino技術(shù)和紅外遙控技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在黑板上的遙控定位擦除，與現(xiàn)有的導(dǎo)軌式黑板擦除技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)小巧，成本低，可移植性強(qiáng)，且可實(shí)現(xiàn)擦除指定位置內(nèi)容的優(yōu)點(diǎn)。旨在提高教學(xué)效率的同時(shí)，避免粉塵對(duì)教師的危害。

關(guān)鍵詞：Arduino；紅外遙控；定向擦除

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）01-0054-01

1 背景介紹

上課時(shí)候，老師經(jīng)常在講課過程中停下來擦黑板，而且還必須避開教學(xué)使用的內(nèi)容；同時(shí)長(zhǎng)期吸入粉塵，對(duì)老師也是一種極大的傷害。由此看來，傳統(tǒng)的黑板擦除方法存在很多弊端，在快節(jié)奏教學(xué)中，可能會(huì)造成不必要的時(shí)間浪費(fèi)，全自動(dòng)遙感控制的黑板擦除裝置，勢(shì)必會(huì)在今后的教學(xué)設(shè)備中占有一席之地。所以，我們想設(shè)計(jì)出一種新式黑板擦。

現(xiàn)有的發(fā)明中有類似的想法，但是它們都是以改造黑板為前提，在黑板上加裝導(dǎo)軌，再借助一個(gè)大型擦拭工具來實(shí)現(xiàn)目的功能。這種發(fā)明的缺陷很明顯，改造成本很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，也具有一定的危險(xiǎn)性，推廣起來難度也很大。

我們希望設(shè)計(jì)一個(gè)可以不借助導(dǎo)軌的，利用遙控技術(shù)，使黑板擦能夠自動(dòng)在黑板上移動(dòng)，并擦除指定區(qū)域的內(nèi)容的新式黑板擦。我們的裝置是基于現(xiàn)有的黑板設(shè)計(jì)的，無需改造黑板。具有很好的考慮簡(jiǎn)便、使用、可移植性。

2 智能黑板擦除小車結(jié)構(gòu)說明

2.1 擦除裝置

清潔裝置（圖1）內(nèi)部采用圓柱體海綿（6），外部包裹了添加抗折材料的硬質(zhì)纖維清潔布（9），具有耐磨損，易清潔，組織密度高等特點(diǎn)。圓柱體海綿氣孔多，吸水性以及保濕性良好。因此能夠使清潔布長(zhǎng)期保持在濕潤(rùn)狀態(tài)。圓柱體海綿中還內(nèi)嵌一枚強(qiáng)磁鐵（8），增加擦除裝置與黑板之間的吸引力，研究表面，吸引力的增加能夠提高清潔布與黑板之間的摩擦力，有效提高擦除效果。裝置（7）為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在清潔模式下，帶動(dòng)（6）和（9）旋轉(zhuǎn)擦除黑板。

2.2 小車底盤

智能黑板擦除小車底盤由普通底盤加薄型長(zhǎng)方體強(qiáng)磁鐵構(gòu)成，強(qiáng)磁鐵為小車吸附在黑板上提供合適的吸引力。底盤為PU塑料結(jié)構(gòu)，價(jià)格便宜且材料輕便。

2.3 小車操控

小車為兩電機(jī)分別控制兩車輪，兩車輪分別位于車的左前方和車的右后方。電機(jī)分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩個(gè)不同狀態(tài)，通過兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。電機(jī)控制如表1所示。

2.4 充電裝置

小車內(nèi)置可充電蓄電池，通過USB接口與電源相連接。USB接口位于小車尾部（5），通過電壓轉(zhuǎn)換的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在家用220V電壓下對(duì)小車的充電。充滿一次電能后，小車可連續(xù)操控1-2小時(shí)。小車側(cè)面圖見圖2所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一種智能遙控黑板擦拭機(jī)器人，包括小車本體和清潔裝置。小車本體的車底內(nèi)部放置了一塊尺寸以及磁力合適的薄磁鐵，磁力大小既要使小車吸附在黑板上而不掉落，又要保證不給小車移動(dòng)過程帶來過大的摩擦力；小車底部?jī)蓚?cè)共有兩個(gè)移動(dòng)車輪，分別位于車底的左后方和右前方，以便實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)彎；小車本體車身內(nèi)部前側(cè)安裝有電機(jī)和控制裝置，控制裝置接受遙控控制器發(fā)來的移動(dòng)信號(hào)和變形信號(hào)；小車本體車身內(nèi)部后側(cè)為充電區(qū)，可利用USB接口充電；小車本體的外部前側(cè)安裝有清潔裝置。清潔裝置的外部上方安裝有一個(gè)電機(jī)；清潔裝置通過連接桿連接在小車本體上并在其連接點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)座在垂直面上可上下旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)擦除功能；清潔裝置內(nèi)部靠近底部位置放置有一塊小磁鐵，提供吸附力，同時(shí)提供壓力，保障擦拭效果；清潔裝置與黑板接觸面上設(shè)有清潔布。小車本體匹配于紅外遙控器，通過遙控器操作使小車按指定路線擦拭，完成清潔任務(wù)。

主要運(yùn)行過程如下：小車停在黑板上，清潔裝置抬起，未接觸黑板面。當(dāng)有清潔任務(wù)時(shí)，操縱遙控器上下左右到達(dá)指定位置，按下遙控器上的變形開關(guān)，小車內(nèi)部控制裝置接收信號(hào)，使清潔裝置落下，清潔布接觸到黑板面，清潔裝置上部的電機(jī)帶動(dòng)清潔裝置旋轉(zhuǎn)擦拭指定區(qū)域。

4 結(jié)語

智能黑板擦拭機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，體積較小，可移植性強(qiáng)，可遠(yuǎn)程操作。但也存在不足之處，此設(shè)計(jì)還是涉及到人工操作，未能做到完全的自動(dòng)擦拭；充電時(shí)間較長(zhǎng)，工作時(shí)間略短。

應(yīng)用前景：當(dāng)今時(shí)代，在快節(jié)奏的生活中，人們?cè)絹碓街v究效率，在教學(xué)過程中也是如此。這種新式黑板擦可以在不影響老師正常授課的前提下，避免了粉塵的危害，又提高了教學(xué)的效率。這種黑板擦具有良好的可移植性，不光針對(duì)黑板，在替換成另一種清潔裝置、改進(jìn)產(chǎn)品參數(shù)后，可以在人們難以接觸的地方，代替人手完成清潔任務(wù)。

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