自动吸尘黑板擦装置的设计与实现

机械原理课程设计全自动黑板擦方案一in图文综合文库嘿，大家好！今天给大家带来的是一个相当实用且有趣的项目——全自动黑板擦方案。

作为一位有着10年方案写作经验的大师，我将用意识流的方式，给大家详细讲解这个方案的来龙去脉。

一、项目背景作为学生，我们都有过擦黑板的经历，那种尘土飞扬、胳膊酸痛的感觉至今仍记忆犹新。

而作为老师，频繁地擦黑板也是一个相当费时费力的工作。

于是，我们萌生了设计一款全自动黑板擦的想法，既减轻学生和老师的负担，又提高了课堂效率。

二、项目目标1.实现全自动擦黑板功能，减少人力投入。

2.降低尘土飞扬，改善课堂环境。

3.提高黑板使用寿命，降低学校成本。

三、设计原理1.电机驱动：采用直流电机作为动力源，通过减速器降低转速，增加扭矩，驱动擦板机构运动。

2.传感器检测：利用红外传感器检测黑板擦的位置，确保擦板均匀，避免漏擦。

3.控制系统：采用单片机作为控制核心，实现黑板擦的自动启动、停止和往返运动。

四、方案设计1.结构设计（1）黑板擦主体：采用方形铝合金管材，轻便、耐用。

（2）擦板机构：采用毛刷材质，具有较强的清洁能力。

（3）电机及减速器：固定在黑板擦主体上，驱动擦板机构运动。

（4）传感器：固定在黑板擦两侧，检测黑板擦位置。

（5）电源：选用充电锂电池，方便充电和携带。

2.控制系统设计（1）单片机：选用STC89C52，具有丰富的外设接口，便于扩展。

（2）驱动电路：采用L298N驱动芯片，驱动直流电机。

（3）传感器信号处理：采用电压比较器，将传感器信号转换为数字信号，输入单片机。

（4）显示及按键：设置LCD显示屏，显示黑板擦状态；设置按键，用于手动控制黑板擦。

五、功能实现1.自动启动：当黑板擦放置在黑板下方时，红外传感器检测到黑板，自动启动电机。

2.自动停止：当黑板擦擦拭到黑板边缘时，红外传感器检测不到黑板，自动停止电机。

3.自动往返：当黑板擦擦拭到黑板边缘后，自动反转方向，继续擦拭。

4.手动控制：通过按键，可以手动启动、停止黑板擦，调整擦板速度。

吸尘黑板擦的设计设计题目：吸尘黑板擦设计目的：通过使用该黑板擦做到吸附粉尘，美化环境，为师生提供一个健康的生活学习场所设计原理：该黑板擦主要由板擦上壳，手柄，电池槽，开关，导体，接触体，定位销组成，其特征在于：电池装于电池槽内，板擦上壳与接触体配合安装，导体与接触体配合装于接触体上方，开关装于手柄侧面，用导线将电池，开关，导体连接到一起。

在应用时，打开开关，导体在电流的作用下将产生的粉尘吸附在导体及板擦上壳的裙部等处。

设计过程：1，题目的由来在多年的学习生涯中，无数的次的看到在老师同学擦完黑板后，粉尘到处飞扬，不断的攻击着师生的身体而不得不远远地躲开，但是很多时候是不允许擦完黑板后远远地离开的。

因此，迫切的需要一种能解决此问题的教具，解决此问题可以从三方面入手，粉笔、板擦和黑板。

现在被广泛使用的板擦都没有吸尘功能，所有我设计出这样一款板擦，它能良好的解决粉尘飞扬这一现象。

2, 作用原理我设计的吸尘黑板擦主要由板擦上壳，手柄，接触体，导体等组成。

导体由电池供给电流，电流对粉尘有很好的吸附作用，在擦黑板过程中产生的粉尘会被导体直接吸住，避免粉尘飞出，并且我在板擦上壳上设计了裙部，这一结构在老式及许多新式的板擦中都是没有的。

设计这一结构的目的同样出于吸尘，在擦黑板过程中飞出的粉尘会被板擦上壳裙部吸附，与导体共同完成吸附的功能。

3，板擦结构板擦上壳1与接触体6配合安装，用定位销7固定，接触体6安装在板擦上壳下面。

手柄2内部设有电池槽，用于安装电池，电池是为导体提供电流的，导体5配合安装在接触体6上，包含在板擦上壳1内部，接触体6设有通孔，用于粉尘通过。

从电池引出的导线首先接到开关4上，在擦黑板过程中打开开关，使导体带电流，从而具有更强的吸附能力。

与以往板擦截然不同的是此板擦具有裙部，它将接触体包含在内，并留有一定的距离，裙部表面粘附一层有吸附能力的物质，在擦黑板过程中，裙部会有效的将飞出的粉尘吸附住，与导体共同完成吸附粉尘的作用。

自动清灰黑板擦的设计粉笔是目前教学的必备工具，用它来取决传授知识，是最原始最传统的教学用具。

可是粉笔产生的粉尘给教师和学生带来了极大的危害。

虽然近几年投影仪在教学当中的应用一定程度上减少了粉笔的使用，但根据研究资料显示，教师职业病仍然处于上升的态势，粉笔给老师带来的危害已经不可小视。

随着时代的进步和社会的发展，人们的环保意识在不断地提高。

节能减排已经成为当今社会的主题。

为了适应当今社会的主题我们小组从生活小处人手，设计了一款低碳环保的自动清灰黑板擦。

我们的自动清灰黑板擦纯机械，不带电源和电机，通过底部的四个轮子的转动驱动同步轮带动布的循环，布在内部除完尘后循环出来，继续擦黑板。

对现有自动清灰黑板擦的分析及方案的提出目前市面上也有几种自动吸灰黑板擦。

一类是在黑板擦里面按了一个小电扇，将灰吸入到粉盒内部，另一类是采用吸尘器式，黑板擦尾部与吸尘器相联通。

对于第一类，擦黑板的布料与黑板贴住，气体流通不起来，小电扇只能将少部分灰吸入到粉盒，吸灰效果很差，而且需要按时充电，另外由于电机的存在，这类黑板擦很容易损坏。

对于第二类，价格很贵，结构很庞大，在教室的墙上需要挂一个吸尘器，连接着长长的管子很不美观，使用也不方便。

综合分析现有的几款自动吸灰黑板擦，我们设计了一款纯机械结构的、不费电、无电机、成本低、使用方便、吸灰效果好的自动清灰黑板擦。

自动清灰黑板擦的设计1 自动清灰黑板擦的结构与原理我们都知道在擦黑板过程中，灰大多是留在布上的，普通黑板擦在布上的灰已经饱和的时候，如果继续擦黑板，灰就不在能吸附在布上，而是不断地掉下来，我们设计的黑板擦的布会在擦的过程中不断的循环，灰在粉笔擦内部由一个巧妙的机械装置来清除，并且灰会被存储在一个只进不出的小盒内，当积累到一定程度是拿出来集灰盒，打开侧面的小口将灰倒出来即可。

因此与黑板发生擦动的布永远都是干净的，灰能够很好地吸附在布上，黑板的字能有效擦除而灰却都留在布上，由转动的毛刷来除去布上的灰，最后搜集入集灰盒。

全自动黑板擦设计探究摘要：“一根粉笔，三尺讲台”，这是对教师的由衷赞美。

殊不知，赞美背后，隐忧多多。

板书带来的“粉笔综合症”已成为广大师生的头号健康隐患。

教师常年使用粉笔，不自主地“吸”入大量粉尘，容易患上呼吸系统疾病。

而学生与粉笔尘接触时间长，易受教室二次扬尘的危害，他们受到的危害甚至比教师更为严重。

一名学生从小学到读完大学至少需要16年时间，这正是生长发育的黄金时期，却要不断受到粉笔灰尘的侵袭；一名教师从站到讲台上到退休大多在40年左右，生命的大半时间都要“吃粉笔灰”。

关键词：全自动；黑板擦；设计探究因为教师每天上课要写板书、擦黑板，粉笔灰经常把老师弄得蓬头垢面。

而且老师总是一边写板书，一边讲解，甚至有时一边擦黑板，粉笔灰也就自然而然地被吸进去。

要是遇到上老师感冒、咳嗽，粉笔灰更是雪上加霜，严重的还会引发哮喘。

据估算，一般而言，一名中学语文老师在一节45分钟的课上，需要写一黑板的板书，而一黑板的板书需要用掉半支粉笔；而一名中学英语老师或数学老师在一节45分钟的课上，往往需要写5黑板的板书，大约就要用掉两支半的粉笔。

而毕业班的老师一天最多需要6节课，就相当于要“吸”掉12支粉笔。

一、设计目的众所周知，黑板是我们日常学习中必不可少的一样教具，无论是从小学还是到大学，都会使用到黑板，而一般我们平时使用的人工黑板擦不但费时、费力，还有粉尘污染空气的缺点。

因此，我们就有了“全自动黑板擦”的这个设想。

从而达到使广大师生减少劳动强度及不受粉尘危害、身心健康得到保护的目的。

另外，通过我们调查，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，因此我们设计了此“全自动无尘黑板擦”。

全自动无尘黑板擦包括固定黑板擦的横梁，驱动电机，联轴器，电机支架，齿轮，齿条，齿条架，导轨，燕尾，燕尾槽，防尘罩，电机罩，螺杆，滑块，连杆，黑板擦架，螺钉，螺栓，螺母等一系列零件[1]。

防尘黑板擦
设计目的：
传统的粉笔在课堂讲授中，有着不可替代的的作用，但在使用时会对师生造成粉尘污染，从而导致慢性支气管炎，甚至是肺部感染，如果能制作一个方便快捷的防尘板擦我想是一件美好的事情。

设计原理：
在平日里，普通板擦在擦拭后，不光有粉尘污染，而且擦试后留有痕迹，每次我都是先用板擦擦后，再用湿巾擦拭，有时也会用沾了水的抹布进行擦拭，待晾干后再进行书写。

于是我在业余进行研究，可不可以让一个板擦有多种用途，即擦拭后不产生灰尘，又让它擦后的黑板光洁如新。

机械齿轮原理可以知道，推动的过程中可以卷起接触面，在接触面上如果用一种材料即除尘又光洁就可以啦，这种卷轴性的板擦最好可以清洗，脏了简单拆卸，洗一下，再次装上后可以反复利用。

这是我最初的设计方案，于是动手操作。

全自动黑板擦的设计【关键词】黑板擦；粉笔灰；滚筒；丝杆0.引言现在教室常用黑板擦存在很多不足，比如普通黑板擦的效率低下，且往往不能很好的把黑板擦干净；而且普通黑板擦的使用往往会造成大量的粉尘，对老师、前排同学的健康造成不良影响。

基于以上问题，我们设计了一种全自动黑板擦，来弥补这些不足之处。

本设计中我们采用电动机作动力源，利用其正反转原理和行程开关来控制丝杆的自动进给，同时带动滚筒的左右移动来达清洁黑板的目的。

在设计中主要考虑了机构的简易性、整体结构的紧凑性、操作者操作舒适性等因素，并对设计的的产品进行运动仿真，为进一步优化设计提供参考。

1.结构设计本设计方案的特点是，在擦黑板的过程中完成清洁和和防尘的作用，擦干净黑板的同时，减轻使用者的劳动强度，提高效率，整体结构简单。

图1 结构示意图1.1擦拭装置方案的确定在滚筒轴的一侧连有高速旋转电机，从而使滚筒高速旋转。

滚筒是擦拭的核心，在滚筒的周围带有毛绒套，紧贴在黑板上可以把黑板擦拭的很干净。

1.2防尘装置方案的确定在擦拭过程中会产生很多粉尘，为了防止粉尘的飞扬，在滚筒的外侧加一层防尘套，一方面不仅可以有效防止灰尘的飞扬，另一方面还可以有效降低噪声。

1.3收集粉尘装置方案的确定防尘套有效防止粉尘飞扬，使得粉尘都落在滚筒下端，在其下端放置粉尘收集器，实现粉尘的集中清理。

2.受力分析2.1滚筒轴静力分析滚筒在电机作用下受到驱动力矩，在丝杆传动作用下整体沿黑板做径向移动。

2.2丝杆静力分析丝杆在电机作用下受到驱动力矩t，皮带传动将力矩传递给丝杆从动轴，从动轴在轴承固定座的作用下固定在墙上。

3.机构仿真3.1仿真结构配置solidworks仿真分析时，首先启动运动算例中的motion模块，在仿真配置前，首先应保证传动轴轴线的固定，及不参与运动的零件必须保持固定，motion分析不同于动画制作，motion分析要求更为严格。

然后检查模型之间的干涉，从干涉检查结果来看，整个模型中存在轴承与轴承座、螺纹紧固件等干涉，轴承与轴承座之间的干涉是由于过盈配合，但这并不影响仿真结果，因为轴承座是固定的，螺纹紧固件之间的干涉也是可以忽略的，因为紧固螺钉与螺纹孔之间本身存在干涉，而且紧固件始终是固定的。

目录一、明确设计任务................................ - 2 -二、确定系统的总功能............................ - 4 -三、总功能分解.................................. - 5 -四、设计方案.................................... - 6 -五、方案评价................................... - 10 -六、最终方案................................... - 12 -七、功能的优化及改进方向 ....................... - 13 -八、结束语 .................................... - 14 -全自动无尘黑板擦的设计一、明确设计任务1、社会需求“一根粉笔，三尺讲台”，这是对教师的由衷赞美。

殊不知，赞美背后，隐忧多多。

常用的黑板擦就有很多不足：（1）需要人工擦拭，在课程进度比较紧张的时候老师往往没有很多的时间来擦拭黑板；（2）普通黑板擦不仅效率低下，而且往往不能很好的把黑板擦干净；（3）而且普通黑板擦的使用往往会造成大量的粉尘，对老师、前排同学的健康造成不良影响。

教师常年使用粉笔，不自主地“吸”入大量粉尘，容易患上呼吸系统疾病。

而学生与粉笔尘接触时间长，易受教室二次扬尘的危害，他们受到的危害甚至比教师更为严重。

一名学生从小学到读完大学至少需要16年时间，这正是生长发育的黄金时期，却要不断受到粉笔尘灰的危害；一名教师从站到讲台上到退休大多在40年左右，生命的大半时间都要“吃粉笔灰”。

2、市场调查分析（1）市场描述众所周知，黑板是我们日常学习中必不可少的一样教具，无论是从小学还是到大学，都会使用到黑板，而一般我们平时使用的人工黑板擦不但费时、费力，无法将黑板擦拭干净，不能清除死角，还粉尘污染空气的缺点。

• 192•在传统黑板的使用场景中，黑板擦所造成的粉笔灰扬尘会引发呼吸道疾病，对师生的健康不利，本文设计了一种基于arduino 单片机的遥控吸尘黑板擦，介绍了遥控吸尘黑板擦的结构设计和软件设计。

遥控黑板擦是由步进电机作为驱动，由横向及纵向的长螺杆来构建二维十字坐标轴，轴上有一个吸尘和擦除模块可以通过遥控控制其运动，也可以自动选择擦除模式。

据国家有关报告1993年统计资料显示，我国的师生每年因上课吸入的粉笔灰约 200g/人，患呼吸道、肺部疾病、癌症的约 20%/年。

飞扬的粉笔灰对师生的个人卫生污染非常大。

现阶段就社会状况而言，多媒体由于价格昂贵还未在中小学普及，大多数学校仍延续传统模式，往往要投入非常大的资金才能改善教学环境。

而遥控吸尘黑板擦，可以大大减少此类资金支出。

利用遥控吸尘黑板擦，改善中小学教学环境，降低师生呼吸道疾病的发病率有很大的积极作用。

1 硬件结构设计本设备主要由驱动装置、传动机构、控制系统以及执行机构组成，其中驱动装置是由CNC 拓展板搭载驱动芯片A4988 驱动 NEMA17， 电机（42步进电机）构成；为了使擦除效果更佳，Z 轴采用丝杆滑台向黑板擦施加压力，以传动机构主要包含电机驱动轮，金属导轨，传动皮带三部分；控制系统支持蓝牙，红外及手柄多种控制；吸尘装置与擦除装置为该作品的执行机构核心。

驱动部分。

将MCU 产生频率、脉宽、步数可调系列脉冲，输入到驱动芯片A4988 的步进脉冲引脚，进而可以根据需要调节擦除装置的移动速度，加速度以适应不同的工作情况。

该设备还可以选择进入睡眠或唤醒状态，当无需频繁工作时，可进入睡眠模式以降低功耗。

基于经济性的考虑，传动机构采用皮带传动以降低成本。

由驱动装置驱动步进电机X 正（反）转以实现黑板擦在X 轴方向运动；考虑到Y 轴方向需要克服重力做功，故采用两个步进电机同步驱动，控制步进电机Y 1和步进电机YA 同速同向正（反）转来实现黑板擦在Y 轴方向运 动，从而实现黑板擦在XY 平面的任意轨迹运动；为了使擦除效果更佳，Z 轴采用丝杆滑台向黑板擦施加压力，增大摩擦力，通过控制步进电机Z 实现黑板擦在Z 轴方向上的上下运动，从而实现黑板擦与黑板的接触与分离。

自动擦黑板机装置的总体设计张辉冯松张微袁伟内容提要：1．任务分配2．设计创新性3．市场调研及需求分析4．概念设计5．方案结构化6．方案评估7．可靠性设计任务分配：张辉：总体概念设计，基于CA TIA有限元分析，公理设计，VB动画演示制作，PPT 演示文稿制作，任务报告整理。

冯松：基于CATIA的结构设计，PPT演示文稿整理。

张微：可靠性设计，有限元分析，PPT演示文稿的整理。

袁伟：市场调研，PPT演示文稿的整理。

一、设计创新性：第一：本次设计的核心装置齿轮连杆的动力传递系统及执行机构是创新点。

尤其是动力传动系统，巧妙地运用了不完全齿轮实现执行机构的往复摆动，并且达到了结构的布局合理和紧凑。

另外执行机构高度模拟了人体的运动，巧妙地设计保证了产品的效果。

第二：另外本次设计的产品是市场上目前很少见的产品，本设计弥补了这个空缺，市场前景看好。

产品的开发流程分为产品设计规划、方案设计、技术设计、施工设计四个部分。

本设计进行到技术设计部分，很多细节问题并没有涉及，也有很多地方值得改进，其具体的价值还有待市场的考验。

目前类似的产品主要还是一些专利和设想，真正投入市场的几乎没有。

另外这些专利和设计在我们看来有明显的缺陷和不足之处。

现在市场上流行一种“电动吸尘黑板擦”，这种产品和本设计有一定的相似之处，但二者还是有明显不同之处。

“电动吸尘黑板擦”如下图（右）所示，它算是一个半自动产品，而本设计是全自动产品。

另外还有一些专利也是设计了全自动的擦黑板机，但在我们看来他们的设计有很多不足之处，这正是这一类的产品迟迟不能投入市场的原因。

比如有一种专利，它的擦黑板原理仅仅是利用了旋转的运动，这样擦拭效果会很不好，粉笔末不是擦下黑板，而是涂抹在黑板上，效果很差，另外这种方法会有明显的擦拭死角，即长方形黑板的很多地方是无法擦到的。

比如还有一种专利是利用了简单的往复运动来擦拭，这种运动形式不仅实现复杂成本高，而且需要很高的运动速度。

目录一、摘要 (2)二、设计题目及任务 (2)2.1设计题目 (2)2.2设计任务 (3)2.3任务分配 (4)三、运动方案的设计 (4)3.1整体运动方案设计 (4)3.2毛刷伸长机构设计 (5)3.3齿轮齿条传动机构设计 (7)四、机构尺寸参数确定 (8)4.1毛刷伸长机构确定 (8)4.1.1曲柄滑块机构基本尺寸确定： (8)4.2齿轮齿条及传动机构参数及尺寸确定 (10)五、运动分析 (11)5.1整体运动方案结构简图 (11)5.2曲柄滑块机构运动分析 (12)5.2.1位移分析 (12)5.2.2 速度分析 (13)5.2.3 加速度分析 (13)5.2.4曲柄滑块机构的速度仿真 (13)5.3变位齿轮设计 (17)六、除尘方案的设计与分析及方案确定 (23)6.1除尘机构方案设计 (23)6.2除尘方案确定及基本参数确定 (25)七、设计小结 (27)八、附录 (27)九、参考文献 (38)一、摘要众一直所周知，黑板是我们在学习过程中必不可少的日常教具之一，从小学到大学，我们的学习一直与黑板相伴，这样就离不开另外两样工具，黑板擦和粉笔。

而一般我们平时所使用的黑板擦不但费时费力还会造成粉尘污染，危害我们的健康。

于是根据时代的要求，全自动无尘黑板擦诞生了。

市面上现在也有自动无尘黑板擦，但是都存在一定的局限性和缺点，因此，我们针对这一现象，用我们的想法和创意设计了一款全自动无尘黑板擦，从而改善教学质量。

二、设计题目及任务2.1设计题目全自动无尘黑板擦是利用毛刷的高速旋转从而与黑板产生摩擦，擦除黑板上的板书；同时，利用齿轮与齿条机构实现毛刷的前行，从而使整个黑板擦除干净；为了达到无尘的效果，利用高压静电产生的电场力和小型风扇产生的吸力，将粉尘吸附在清灰网格栅上，完成黑板的擦除之后，撤去电力，使粉尘因重力作用自由下落，落入粉尘收集盒。

工作流程图：见图2-1（a）、2-1（b）打开电源毛刷开始工作粉尘收集关闭电源图2-1（a ）○1毛刷初始状态杆1处于最短状态 ○2杆1开始伸长，杆4开始收缩○3杆1继续伸长。

自动擦拭和吸尘黑板创新设计摘要：当前，尽管多媒体为代表的现代化教育工具已经普遍走进课堂，但是在数学、物理等需要讲解与论证的课程中，传动的黑板依然不可或缺。

然而，传统黑板需要手动擦拭，这无疑增加了教师不必要的劳动，同时粉笔灰尘会对教师和学生的身体健康造成伤害。

本文鉴于此，创新设计了一种自动擦拭和吸尘的黑板，对该新型黑板的工作原理、机械结构、工作过程等进行了介绍。

该黑板实现了自动擦拭和自动吸收粉笔灰尘，减轻了广大教师的负担，保护师生的身体健康。

关键词：黑板；自动擦拭；自动吸尘随着教育逐步走向现代化，我国各级学校的课堂教学方式发生了重大的变化，以多媒体为代表的现代化教育工具极大地改善了教师的教学方式、方法，不但使其从长篇的板书中解放出来，同时也极大地提高了课堂教学效率。

然而，在一些课程的讲授中，如理科类学科的公式推导，受课堂讲解与论证的需求，应用黑板和粉笔授课在当前教学过程中仍是重要的方式之一，特别是经济发展落后、教学条件差的地区，黑板仍是必不可少的。

然而，传统的黑板主要包括黑板面、粉笔、黑板擦。

它主要存在两大弊端：①传统黑板需要手动擦拭，书写不方便，一天至少写十几块黑板，多数老师需要自己擦拭，手动擦黑板费时费力；②擦拭黑板产生的粉笔灰尘会对教师和同学身体健康造成伤害。

如粉笔尘非常容易被教师或者学生吸入肺部，粉尘被吸入肺部后多数被阻留在肺泡内，进而会诱发呼吸系统炎症并降低肺通气功能，严重的甚至会导致肺癌、尘肺病等。

湖北汽车工业学院申请提出的专利“摇动式机械黑板擦”，虽然较传统黑板擦有所进步，但是其采用手动摇动，传动系统较复杂，而且缺乏粉尘收集装置。

鉴于此，创新设计了一种自动擦拭和吸尘的黑板，实现黑板擦拭的自动化，减轻广大教师的负担，同时减轻粉笔灰尘对老师和同学身体的伤害，呵护师生的身体健康。

1新型自动擦拭和吸尘黑板的工作原理新型自动擦拭和吸尘黑板采用滚珠丝杠和齿轮齿条作为传动装置，通过滚珠丝杠将驱动电机输出的回转运动转化为直线运动，进而使得擦拭体能够左右移动。

XXXX技术学院毕业设计题目：自动吸尘清洁黑板擦设计系部现代制造工程系专业名称模具设计与制造班级 xxxxxxxx姓名 xxxxxxxxxxxxxx指导教师 xxxxxxxxxxxx2012年10月30日自动吸尘清洁黑板擦设计摘要该设计主要介绍自动吸尘清洁黑板擦的发展趋势与总体设计；研究背景和方案的确定；整体运动部分的分析；伸缩架的设计；曲柄滑块的设计；凸轮尺寸大小的设计；活动黑板擦的设计；电路部分的设计。

根据设计计算相关数据，采用AutoCAD绘制零件图和装配图，对主要零件采用UG4.0进行三维造型，并完成毕业设计说明书的编写。

关键词：自动吸尘；清洁；黑板擦；设计目录1 绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究的目的意义 (1)1.2.1 研究的目的 (1)1.2.2 研究的意义 (1)1.3 国内外研究现状 (2)1.3.1 电动黑板擦 (2)1.3.2 吸尘黑板擦 (3)1.3.3 集尘式黑板刷 (3)1.3.4 自动吸尘黑板刷 (3)1.3.5 卫生黑板 (4)1.4 本设计的内容 (4)2 方案的确定 (5)2.1 可行的几种方案 (5)2.1.1 无尘黑板擦 (5)2.1.2 防尘黑板 (6)2.1.3 自清洁黑板 (7)2.2 自动清洁黑板擦方案的选择 (7)2.2.1 所属技术领域 (7)2.2.2 背景技术 (7)2.2.3 发明内容 (7)2.3 小黑板擦的方案确定 (8)2.3.1 简图 (8)2.3.2 小黑板擦的结构及工作情况简介 (8)3 自动吸尘清洁黑板擦的设计计算 (10)3.1 电机的选择 (10)3.2 机构的设计 (10)3.2.1 材料的选择 (10)3.2.2 菱形架几何尺寸及自由度设计计算 (10)3.2.3 曲柄滑块几何尺寸及自由度设计计算 (11)3.2.4 曲柄滑块的运动分析与力学计算 (11)3.2.5 凸轮机构的设计 (15)3.2.6 磨削圆周进给量计算 (20)3.3 滚筒的设计 (21)3.4 吸尘装置的选择 (23)3.5 电路控制的设计 (23)3.5.1 硬件系统的设计 (23)3.5.2 最小系统设计 (24)3.5.3 无线收发模块 (24)3.6 作品三维图及实物图...................................................................................26结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录 (30)附录A (30)附录B (33)1 绪论1.1 研究背景黑板历来是各级各类学校必备的教学工具，传统黑板，人工擦拭效率低，粉尘污染严重。

基于单片机的智能吸尘黑板擦的设计与实现【摘要】目前大多数学校使用的仍是由塑料外壳材料制成的传统黑板擦。

这种简易的黑板擦在擦拭过程中会造成粉笔末到处飞扬，教师常需在黑板上板书，长期对粉笔的使用，不可避免地会从鼻孔吸入一些粉笔灰容易吸入人的鼻腔进入呼吸道,引发各种呼吸道疾病。

为了营造一个无尘的学习环境，决定设计一个以STM32单片机作为系统核心的智能除尘黑板擦。

文章主要介绍一款基于单片机的智能黑板擦的制作工艺。

具有红外遥控、吸尘等功能。

【关键词】智能、吸尘、黑板擦、红外遥控0引言随着经济的快速发展，环境污染也逐渐严重，其中粉尘污染是比较严重的一种污染。

传统教学模式下，教师用粉笔在黑板上板书产生大量粉尘，有关数据显示，由于老师常年吸入粉尘，大部分老师都患有呼吸道感染疾病，5年以上教师咽炎的患病率几乎为100%、鼻炎患病率为39%、尘肺病的患病率为11.76%、喘病患病率为43%、支气管炎的患病率为8%。

而且由于粉尘中含有的致癌物质，我国专职教师癌症发病率占到了全国癌症总发病率的20%，为普通群体的8倍。

通过分析这组数据，我们觉得设计一种智能吸尘黑板擦设计是很有必要的。

1智能吸尘黑板擦系统整体框图设计本次设计的智能吸尘黑板擦由STM32单片机为核心，通过单片机模块、电源模块、粉尘传感器模块、吸尘模块、液晶显示屏模块、电机驱动模块完成设计。

用户可通过红外遥控和控制面板两种方式控制黑板擦的运行。

2智能吸尘黑板擦各模块设计2.1电源模块本次设计运用12V锂电池组提供电源，通过电源降压模块将电源稳在5V，降压模块原理是改变占空比来实现稳压和降压的，C1、C2、C3电容为滤波电容，使得电压跟稳定趋近于5V。

2.2信息控制模块Stm32系列单片机是一款性价比超高、功能强大的系列单片机，它基于专为须要高性能、低成本和低功耗的嵌入式应用而设计的arm Cortex-M内核，拥有最好的外设1μS双12位ADC、4Mbit/s UART、18Mbit/s SPI等在功耗和集成度上也有不错的表现。

吸尘黑板擦的设计摘要粉笔和黑板是最原始和传统的主要教学方法之一，粉笔从被发明到其应用到现在已有上千年的历史，对人类的教育事业与社会的发展做出了不可磨灭的贡献。

但随着社会工作和生活节奏地加快，教师职业病率逐年呈上升的趋势，教师职业病呈现多样化方向发展，其中由粉笔粉尘引起的肺痨所带来的危害几乎可以和吸烟带来的害处相提并论，教师繁重的备课带来的疲惫以及粉尘带来的健康问题正在影响着当代教师的身心健康。

鉴于这种教室里的顽疾，从擦黑板的根源找到了突破口，通过简单的改变黑板擦的内部结构，不加任何驱动装置，让擦黑板的粉末吸入黑板擦的内部。

关键词黑板擦；单向齿轮；吸尘器1 方案的终确定1.1 装置各结构的简要介绍外壳采用了可以伸缩的装置，这不但保证了其能够很好的挡住粉尘的外泄，同时也可以保证其与黑板的摩擦适中，从而达到了即能达到设计要求，也不影响具体工作的目的。

板擦装在离外壳有一定距离的地方，而且板擦位置固定，材料也和普通黑板擦完全一样，只是在板擦四周，装有四个小轮子（轮子的具体作用，后面会具体说明）。

吸尘装置是此次设计的重点，绝大多数的工作量都在这上面，下面分四个方面来对此点进行说明：1）动力源：在黑板擦四周有四个轮子，在擦黑板时，轮子会和黑板接触，转动而为风扇的转动提供动力；2）传动装置：齿轮和传动杆。

轮子的转动，通过斜齿轮将动力传给传动杆（此时斜齿轮起到的作用是改变力的方向），传到板擦后面的齿轮中，然后再通过齿轮带动风扇的转动，达到动力的传输；3）吸尘动力来源：风扇转动，而风扇设计成为离心式的装置，从而通过吸尘管将外壳里面的粉尘吸进粉尘袋中；4）粉尘袋：粉尘袋是透气的，但是中间有一层格挡粉尘的物质，这样既保证了空气的流通，从而可以实现吸尘过程，又保证了粉尘的流失。

2 吸尘装置动力结构与工作过程的具体分析1）齿轮传动结构不但紧凑、效率高，而且寿命长。

在工作过程中，双面齿轮副存在沿齿高方向的侧向滑动，而且还有沿齿长方向的纵向滑动。

自动吸尘黑板擦装置的设计与实现摘要：针对教育设施--黑板擦使用过程中费时费力及粉尘产生等问题，设计了一种自动吸尘擦黑板装置，通过Solidwork对此装置进行了三维结构的设计，并阐述其结构组成及基本工作原理。

该款无尘自动黑板擦由吸尘装置、积尘装置两部分组成。

电机带动整个吸尘装置完成清洁作业;在毛刷的带动下利用吸尘功能将黑板擦过程中的粉尘自动吸入到吸尘装置中，水箱喷水雾减少少量飞尘，防止二次污染造成，本产品具有耐用、结构简单、快速、无尘等特点，其中无尘的实现有利于师生的身体健康和教室环境的清洁。

关键词：自动；无尘黑板擦；二次清洁；设计与分析一、新型自动吸尘黑板擦的设计思路自动吸尘黑板的设计初衷，是为了极大限度的减少由黑板擦带来的粉尘二次扩散。

这其中，关键要解决问题是关于粉尘的吸收与防止粉尘的二次扩散。

因此，本论文由传统的黑板擦的改革与创新入手。

通过采用带有电机驱动和负压吸尘原理功能的自动吸尘黑板擦，解决擦拭黑板中不可避免的粉笔扬尘和未被电机吸收的粉尘问题[1]。

由开关控制整个吸尘、清洁系统，在吸尘电机的带动下，粉尘由负压原理被吸入集尘箱，其中增加水箱装置，少量还未被吸入的灰尘飞起时，手动按压活塞出水孔喷水雾，起到降尘的作用，在由负压的作用再次被吸入储物箱，达到二次清洁效果，本技术是由电机驱动技术的自动的黑板擦构成，由电机动力系统、储存系统、吸尘系统、水箱、以及毛刷、曲面风扇等机构构成。

使用时可通过按压开关按钮实现板擦的自动运转，清除黑板擦在擦拭黑板过程中产生的粉笔粉尘[2]。

避免的大量的粉尘吸入同时节省时间和精力，为教学提供一个绿色的教学环境。

二、新型自动吸尘黑板擦的工作原理新型自动吸尘黑板擦的工作原理见图１、吸尘原理电机将整体式黑板擦擦拭黑板上的字体并及时清除在此过程产生的粉笔粉尘[3]。

在清除的过程中，由微声吸尘电机通过吸附作用，将粉笔粉尘吸收至集尘框内，其工作原理是风机旋转形成负压，使粉尘经透气孔进入黑板擦体内。

全自动磁吸附黑板擦机器人玩转机器人擦黑板是日常教学中一项常规工作，它不仅耗时费力，而且产生的粉尘不利于师生的身体健康。

因此，我设计了一个全自动黑板擦机器人。

一、结构与工作原理全自动磁吸附黑板擦机器人主要包含行走、吸附、驱动控制、擦拭四大系统。

该机器人采用间隙永磁的吸附方式，通过交替N-S 极永磁体布置实现磁路耦合，为机器人提供爬壁吸附力。

电机驱动机器人轮式移动机构，使机器人在黑板上运动。

机器人移动时，由安装于底盘下的擦拭系统完成擦拭黑板的任务。

二、设计过程1.行走系统行走系统设计主要是确定行走轮的布局方案，本机器人采用的布局方案如图1所示。

该方案采用四个全向轮布置方式，可实现黑板擦机器人在黑板壁面上纵向和横向无障碍地移动。

由于没有转弯半径，故整体采用方形设计，在擦拭过程中可最大程度地覆盖黑板表面。

2.吸附系统黑板擦机器人要完成擦黑板的任务，最基本的功能是实现在壁面上可靠的吸附，因此吸附系统非常关键。

我提出了一种面状间隙式吸附方案，如图2所示。

它有如下特点。

（1）永磁体和轭铁组成的面状吸附系统与壁面之间预留一定的间隙，且可根据需要调节吸附力。

（2）将吸附功能与移动功能分离，使机器人吸附能力强、移动灵活。

文重庆市南开中学高三︵20︶班刘廷聪图1行走轮布局方案图. All Rights Reserved.芯片、避障模块、降压模块组成。

整个控制系统的流程为：机器人从黑板的左下方出发，先向上行走，当碰到黑板上方的边缘时，安装在黑板擦前方的红外避障传感器根据反射回来的红外线判断机器人所处的位置，进而让其停止运动，1秒之后会向右行驶一段与机器人宽度相同的位移。

然后再向下运动，当碰到下方的边沿时，安装在黑板擦下方的红外避障传感器根据反射回来的红外线判断机器人所处的位置，再次让其停止运动，1秒之后再向右行驶一段与机器人宽度相等的位移，如此循环进行工作。

当其同时收到两个（右边和上方红外避障模块或右边和下方红外避障模块）红外避障模块反馈信号时，机器人自动停止擦拭，此时运动结束。