自动擦黑板机器人的设计与制作
基于Arduino的智能黑板擦设计
基于Arduino的智能黑板擦设计智能黑板擦是一种利用Arduino技术设计的智能设备，用于自动擦拭黑板并记录黑板上的内容。
该设备主要由Arduino控制板、擦拭装置和传感器组成，可以通过传感器检测黑板上的写字痕迹，然后使用擦拭装置自动擦拭干净。
智能黑板擦的设计旨在解决传统黑板擦拭的繁琐和不便。
传统黑板擦需要人工操作，耗时耗力，并且容易产生粉尘环境污染。
而智能黑板擦通过自动化的方式完成擦拭工作，提高了工作效率，减轻了人力负担，并且不会产生粉尘。
在设计过程中，首先需要在黑板上安装传感器。
传感器可以选择光学传感器或者压力传感器，通过检测黑板上的字迹来确定需要擦拭的范围和位置。
然后，通过Arduino控制板将传感器的信号输入到程序中进行处理，判断出需要擦拭的位置和方式。
接下来是擦拭装置的设计。
擦拭装置可以采用电动马达驱动的刷子或者橡皮擦，通过旋转或者滑动的方式进行擦拭。
擦拭装置需要与Arduino控制板连接，接收来自程序的指令，控制擦拭的位置和力度。
最后是编写程序。
程序主要有两个功能模块：传感器模块和擦拭控制模块。
传感器模块负责读取传感器的信号并进行处理，判断出需要擦拭的位置和方式。
擦拭控制模块负责发送指令给擦拭装置，控制擦拭的位置和力度。
程序可以通过Arduino的开发环境进行编写和调试，然后上传到Arduino控制板中运行。
智能黑板擦的使用方法非常简单。
当需要擦拭黑板时，只需要按下开关按钮或者通过手机App发送指令，智能黑板擦就会自动擦拭黑板。
智能黑板擦还可以通过传感器将黑板上的内容记录下来，并通过USB或者蓝牙等方式传输到电脑或者手机上进行保存和分析。
智能黑板擦的设计不仅可以提高黑板擦拭的效率和便利性，还可以帮助教师和学生更好地记录和管理黑板上的内容。
通过智能黑板擦，教师可以快速清除黑板，减少了上课前和下课后的准备和整理时间；学生可以更好地专注于课堂内容，不受黑板内容的干扰。
基于Arduino的智能黑板擦设计可以有效解决传统黑板擦拭的繁琐和不便问题，提高了黑板擦拭的效率和便利性，对于教学和学习都具有重要意义。
机械原理课程设计全自动黑板擦方案一in - 图文 - 综合文库
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。
自动清灰黑板擦的设计
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。
基于Arduino的智能黑板擦设计
基于Arduino的智能黑板擦设计智能黑板擦是一种结合Arduino技术和智能控制的设备，可用于擦拭黑板上的文字和图案。
它可以实现自动控制，减少人工操作，提高效率，是教学和办公场所的理想选择。
本文将介绍基于Arduino的智能黑板擦的设计方案。
设计步骤：1. 材料准备所需材料包括Arduino控制板、直流电机、电池、传感器、橡胶擦头等。
电机用于驱动橡胶擦头的运动，传感器用于检测黑板上的文字和图案，以便进行自动擦拭。
2. 电路设计根据所需控制功能，设计电路连接图，并将其连接到Arduino控制板上。
电机和传感器需要接入控制板的GPIO口，以实现控制和信号采集。
电池则为整个系统提供电源。
3. 程序编写利用Arduino开发环境编写程序，实现对电机和传感器的控制。
程序应能够实时监测黑板上的情况，当检测到需要擦拭时，启动电机驱动橡胶擦头进行擦拭操作。
4. 调试测试将搭建好的智能黑板擦进行调试测试，验证程序的准确性和稳定性。
通过模拟黑板上的文字和图案，检测系统是否能够准确地进行擦拭操作。
5. 完善优化根据测试结果，对系统进行优化和改进。
例如调整传感器灵敏度，优化擦拭路径规划等，以提高系统的性能和稳定性。
6. 应用推广将搭建好的智能黑板擦应用到教学和办公场所，观察其实际效果和用户反馈。
根据实际需求，进一步改进和改良设备，使其更符合用户的需求。
总结基于Arduino的智能黑板擦设计，可以提高黑板清洁效率，减少人工操作，提高工作效率。
通过合理的电路设计和程序编写，结合优质的材料，可以打造出高性能的智能黑板擦设备。
这种智能黑板擦不仅适用于学校的教学环境，也可以应用于一些工作场所，提高工作效率，减轻人力负担。
希望本文对您有所帮助，谢谢您的阅读。
无尘自动黑板擦设计
图 圆 压紧装置
态时袁排水管直立悬挂于水箱挂钩上袁当需要排出废水时袁依
靠自然压力排出袁如图 源 所示遥
猿援 缘 擦带的选择 擦带选择的是那种横竖相垂直的大条纹相间棉或者胶棉
组成的纤维材质袁对此特进行了市场的相关调查袁综合了解测 试之后袁这样的选择会对擦除效果产生更为明显的效果咱源暂 遥
功率吸尘器吸附粉尘袁依旧没有解决粉尘飞扬的问题袁没有达到预期的效果袁而且这类黑板擦价格方面也
比较昂贵袁结构复杂笨重咱员鄄圆暂 遥 本文设计的这款无尘自动黑板擦是一种黑板自动清洁器袁结构简单合理袁
擦拭黑板干净袁操作方便袁减少粉笔灰的飘落袁无需用手直接接触粉笔灰袁实现无尘擦除袁在极大程度上减
少了对人身体的伤害遥 这款无尘自动黑板擦造价低袁安装方便袁无需对地面打孔袁还可对其进行移动搬运
装置四部分组成遥 电动机为整个擦拭系统的运行提供动力曰压紧装置使擦带和黑板间的接触更加紧密曰清洁装
置实现无尘擦除曰挤水装置使吸附在擦带上的多余水分排尽遥 做到了以机械电气化来代替人力擦除袁轻松擦除
黑板上的粉笔字迹袁擦除效果更加显著袁并且在使用过程中极大程度的减少了粉笔灰的产生袁使擦除过程更加
野 绿色环保冶 袁能够为师生营造一个干净舒适的课堂环境遥
置遥 考虑到夹紧装置施加给擦带的正压力不宜过大渊 正压力过大袁会使擦带被卡住袁无法转动袁因而不能
擦除黑板上的字迹冤 袁同时也不能过小渊 正压力过小袁会使擦带与黑板间接触不良袁无法达到预期的擦除效 果冤 袁因此袁设计了野滚筒滚动式冶 压紧装置袁即在靠近水箱顶端位置固定两组四个滚动滚筒袁由于滚筒本身
具有一定的尺寸袁因此当装置工作时袁绕在滚筒上的擦带能够和黑板更紧密的接触袁从而提高擦除效率遥 如图 圆 所示遥
毕业答辩-自动擦黑板机设计
不足之处：安装比较麻烦，一次工作流程需要对整个黑板全部
进行擦拭。
三、结构设计
❖ 黑板的左边安装一根光杠，光杠上下用滑动 轴承座来固定在在墙上，右边用一根普通丝 杠，丝杠两端用滚动轴承座来固定在墙上， 丝杠的上端用大齿轮来带动，电动机来驱 动小齿轮，在由大齿轮来驱动丝杠旋转。黑 板擦由电动机带动，它有一个主动轮和五个 大动轮、轴、还有轴承组成，黑板擦的内部 结构分为两部分，上面的一排三个轴，下面 的两个轴，他们上下左右就从事形成黑板擦 整个。黑板擦内每根轴的端部都连接有一个 毛毡，通过毛毡的旋转来擦拭黑板。
二、方案论证：
1、电动黑板擦
它的结构是由两个清洁器组成的。其中一个黑板清洁器带有磁铁的吸附作用，黑 板擦在来回滑动时，使得正面的黑板擦粘布随着在附近滑动，以达到彻底清洁的 目的。另一个是自动清扫的作用，在老师讲课的过程中，根据需要进行控制。
2、吸尘黑板擦
它采用的是一种真空吸尘器式的设计。在黑板擦的结构中，在顶部设计了一个除 尘口，在擦黑板的时候能够将粉笔的粉尘吸进黑板擦，从而避免了粉尘所产生的 问题。
三、结构设计
❖ 控制系统设计：
整个黑板擦的电控部分只有一个 电机动力。在运动方面有黑板擦整 体的上下运动和黑板擦的旋转运动。
在控制方面主要有电源模块、控 制模块、驱动装置和无线遥控四大 部分，是为了满足教学活动中的不 同工作需求。
在核心控制方面，采用了单片机 的控制方式，能够提高运动控制精 度和准确性。
电源采用AC220供给电机和DC24 供给控制系统。
优缺点
1、结构简单
整体构造都比较简洁、原理清晰，没有过多的高深的原理以及配件 等。
2、制造成本低
全自动无尘黑板擦的设计
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。
自动清洁黑板擦的设计与制作
3、研究进度
阶段 一 时间 主要任务 阶段目标 2009年11 查阅资料 构思自动清洁黑板 月——12 擦的操作原理，内 月 部结构等。
二
2010年1 月——2 月 2010年3 月——5 月 2010年6 月
设计电路 咨询导师，在导师 图 的指导下完成电路 的设计。 购买材料 大致完成自动清洁 并组装 黑板擦的组装可进 行初步操作。
实践试验 将自动清洁黑板擦 并做修改 的组装性质化，逐 步理想化。
三
四
四研究中可能存在的问题。 1、无相关专业人员的参与，自动清洁黑板擦的组装， 存在 问题。 2、内部结构较复杂。 可能导致自动清洁黑板擦的体积较大、操作不便捷。 上述问题可能是一时难以解决的，但解决它们 无疑会使我们的能力得到进一步的提高。因此我们将 在研究过程中尝试解决这些问题使我们的研究取得圆 满的成果。
二、可行性论证
1、研究该课题的知识要求 我们可以上网查阅资料，搜索有关电路设计，也可以向指导 教师指教电学问题，在导师的领导下适当进行调查活动，从而 保障操作的准确性合理性。 2、组员分工 参与本课题研究的同学各有所长，并且富有合作精神。经过 讨论，大家一致推举郑凯文为组长，并确定小组其他成员的分 工。 资料收集、元件采购：周蓓诗 设计线路图：江越 PPT制作：周蓓诗
设计方案的撰写：郑凯文Fra bibliotek设计图纸说明书：江越 、郑凯文 访问导师，解说：童欣培
三、研究计划
1、研究假设 自动清洁黑板擦的内部结构比较复杂，操作便捷、清洁彻底， 给人们带来便利。 2、研究方法。本课题研究主要采用文献法、实验操作法。
（1）查阅相关资料图片，设计电路图。
（2）咨询导师，讨论相关电学问题，购买材料、组装电路。
二可行性论证1研究该课题的知识要求我们可以上网查阅资料搜索有关电路设计也可以向指导教师指教电学问题在导师的领导下适当进行调查活动从而保障操作的准确性合理性
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自动擦黑板机器人的设计与制作
摘要：本文介绍了一种结构简单但性能优良的自动擦黑板机器人。
在黑板横方向的两侧铺设轨道，上侧配置一台可左右移动的电机，中间由一条滑轨相连。
在滑轨上装设一台可上下移动的电机，并带有黑板擦，黑板擦可通过蜗轮蜗杆结构调节与黑板之间的高度，通过遥控器控制机器人使其达到指定位置并进行擦拭，或者通过矩阵遍历的方式擦拭整个黑板。
关键词：黑板；远程自动控制；机器人
前言
教师常需在黑板上书写、绘图进行讲解。
在40～50分钟的一节课里，就要擦写数次，往往手上、袖子上，甚至头发、肩膀上都留下一层白色粉笔灰。
天天如此，年复一年，工作20～30年后，消磨数以万计的粉笔。
本文设计并制作出能通过远程操控清洁黑板的机器设备，通过单片机远距离操控擦拭黑板，减少粉笔灰对教师健康的危害；其次此设备可以通过调节长度从而适用所有黑板。
>
1 主要结构与工作原理
主要结构
自动擦黑板机器人，就是在一般黑板擦的基础之上，利用当前科技知识及理论而研究的一种现代自动设备，其结构如图所示：
其横向传动采用了蜗轮蜗杆形式，纵向传动采用了齿轮齿条形式，擦字结构采用了下压板擦蜗轮蜗杆形式电机机构。
整体用8031单片机控制步进电动机驱动。
\
主要特点有：
（1）远程控制定位、擦字；按钮操作，方便快捷；擦字、定位等智能化；运动平稳，定位准确，有良好的运动特性；
（2）机构易懂，加工工艺简单，安装方便，有很高的经济性。
系统的工作过程：
《
首先，控制单片机通电，之后操作按钮按下，单片机发出信号，驱动步进电动机按程序控制的方向（所需求方向）旋转，按步数到达所要擦区域的左上角，即定位完成。
单片机控制下压电机驱动蜗杆带动黑板擦体压在黑板面上，步进电动机旋转，蜗杆带动黑板擦体纵向运动，同时，蜗杆驱动蜗轮，定位及擦字机构工作。
按步数到达下边界后，电机反转，复位于定位点，即往复擦字一次。
横向传动工作，右移一个位移，再实现以上过程。
依次实现上述过程，到所要求工作的右边界，黑板擦复位到最开始位置。
各个所选区域都有一个子程序，分别实现。
区域的选择可通过远程控制定位后，从控制面板上选出，进行小范围人工定位擦拭。
工作原理
控制单片机通电后，按下操作按键，单片机发出信号，步进电机按程序控制的速度与方向旋转。
此时黑板可视为一平面直角坐标系，控制竖直方向的y轴电机和横向的x轴电机位置即可使黑板擦达到要擦除的区域。
定位后，控制单片机连接的第三个z轴电机（此电机连接黑板擦）向黑板内的方向移动从而使板擦产生一定的对黑板的压力。
按下矩阵上的“擦除键”，装置以小正方形的轨迹带动板擦，擦除指定区域。
擦拭完成后，通过按键使z轴电机解除对黑板的压力。
重复上述过程，直到擦除所有指定区域。
功能模块划分及功能如表1所示：
步进电机驱动设计
—
（1）脉冲分配
本装置共三个步进电机，并使用8031系列单片机控制电机，可用软件实现脉冲分配。
软件法是按照给定的通电换相顺序，通过单片机的I/O口驱动电路发出脉冲。
程序中将几个控制字依次送到P1口步进电机就会转过一个齿距角。
单片机通过多个串口以及矩阵按键同时控制三个步进电机。
（2）步进电机的步进控制
步进控制通过控制单片机发出的步进脉冲频率来实现，这里采用定时器中断的方法。
在中断服务子程序中进行脉冲输出操作，调整定时器高低位（TH0和TL0）的满溢上限（定时常数）可实现步进调整。
根据给定的脉冲频率和单片机的机器周期来计算定时常数，此常数决定了定时时间。
当定时器溢出时发生中断，在中断子程序中改变相应的端口的电平，这样就可以得到一个给定频率的方波输出。
改变此满溢上限，就可以改变电平变换的频率，从而实现步进的调整。
?
（3）电机方向确定
黑板擦执行功能时需要正向、反向均能正常工作，故在单片机上采用矩阵中不同的两个按键，并在程序中赋予其不同键值，使按键被按下时程序通过高低电
平来控制电机方向。
2 工作过程及特点
工作过程：
，
（1）正反转
黑板擦执行功能时需要正向、反向均能正常工作，且有较好的起停能力，以实现定位及移动方向的正确选择与执行。
（2）调速
黑板擦的纵向移动靠齿轮齿条传动机构，而齿轮又直接安装于步进电动机的输出轴上，与步进电动机转速相同。
\
（3）定位和下压控制
为实现黑板擦对黑板整个区域进行选择区域性擦字这一智能功能，对步进电动机的控制要求有准确的定位要求。
以上分析可知，这里可以采用大多数人所熟识的单片机及其相关软硬件对步进电动机进行控制，机电一体化系统框图，如图所示：
扩展应用：
利用机器人进行自动化擦黑板，在大型广告牌上配置此设备，进行维护和清洁，增强清洁效率，节约成本。
将板擦替换为粉笔，通过远程操控让机器人在黑板上精确作图（尤其在较大的板面上）。
在高层建筑的外墙玻璃上安装此装置，替代人工操作，进行清理，减少事故发生。
同时，本方案可利用平行四边形不稳定性做出一个可以调节成矩形的平行四边形，根据可以调高这一方法，设置力控。
除此之外，在黑板擦侧面安装吸尘器或喷水器可以使清理更彻底，效果更完美。
3 结束语
本文是针对教学生活中粉笔灰尘影响广大师生身心健康这一问题提出的。
在黑板横方向的两侧铺设轨道，上侧配置一台可左右移动的电机，中间由一条滑轨相连。
在滑轨上装设一台可上下移动的电机，并带有黑板擦。
通过远程控制机器人使其达到指定位置并进行擦拭，可控制力度大小。
本装置具有较广阔的推广应用空间，例如，在大型广告牌或高层建筑的外墙玻璃上配置此设备，进行维护和清洁时，保证工作安全可靠，增强了清洁效率；将板擦替换为粉笔，通过远程操控可以让机器人在黑板上精确作图；加上一个平板电脑可以利用网络远程遥控擦黑板。