弧形黑板大板(多功能自动轮转换位黑板，机创大赛省一等奖作品)

1 产品研发定位

为实现黑板的任意调用, 黑板擦在自动擦黑板的同时避免了粉尘危害, 方便快捷提高教学绘图效率以及解决教学中因天气、距离或角度等原因而引起的光线不足导致教学质量不佳的问题，对机构进行创新设计、完成机构的运动学分析；建立该装置的数学模型并进行分析计算，并完成该装置的三维造型及运动仿真，验证其设计理念；最后购置材料完成该装置的实物制作, 该装置主体框架图如图1所示。

图1，多功能轮转换位黑板创新设计结构分析与功能实现

注：1、下导槽 2、支撑架 3、下支撑板 4、链条 5、自动黑板擦 6、黑板块7、电机 8、开关 9、上导槽 10、上支撑板 11、节能万向灯 12、简易画图机构

作为一款能满足教室多种需求、并能实现自动化的多功能黑板，其应用场合要求其具备结构简单、功能多样、操作便利、执行可靠等特点。

该装置主体由三块黑板、黑板擦、画图和照明装置组成。可实现三块黑板任意调用，黑板擦在自动擦黑板的同时减少粉尘危害，简易画图装置快捷画图与节能万向灯照明的功能。

多功能自动轮转换位黑板是一款应用于多种教学环境，具有黑板自动换位，自动擦黑板功能，自身携带简易画图装置和节能万向灯的教学装置。

黑板是教学工作中不可或缺的教学用具，在满足基本的书写功能的基础上，进一步优化其教学效果提高教学质量显得尤为必要，如黑板自动轮转换位功能, 让主黑板始终处于最佳视线位置，也可根据需要回转到之前的黑板，功能多样且“动感十足”。此外一些附加功能使黑板的使用更趋于人性化，如简易画图装置的配备，不仅免去了老师携带画图工具的麻烦,而且能方便快速地绘制出任意角度的直线和任意半径的圆或圆弧。本着这样的宗旨，本团队制作了这样一款多功能自动轮转换位黑板。

2 黑板市场调查研究

通过对国内外黑板的市场调研可知，现有黑板产品特点如下：

（1）目前市场上已有的黑板大多都是手动控制的黑板，使用起来既不方便，噪音又大；拉动时易产生较大的冲击力，致使黑板的使用寿命较低。

（2）目前市场上已有的大多数黑板结构和功能比较单一，部分产品采用了多块组合黑板设计，但教学中，学生因视角太偏而看不到黑板板书，该问题没有得到良好的解决。

( 3 ) 现有的黑板照明设施几乎都存在资源浪费，而且照明效果不佳的问题。主要原因是市场上已有的黑板，照明的横向跨度大，照明位置不集中，因而常有”照而不用”的浪费现象。此外灯具位置被固定，黑板整个版面无法顾及，因此照明效果并不理想。

另外目前市场上已有黑板都需要人工拭除粉尘，耗费老师上课的时间，还增大了老师的职业病发生的几率，老师们上课携带绘图工具麻烦，绘图方式便利性低。

3.1 轮转换位黑板动力结构

如下图4所示，图中结构为推动黑板运动的主要动力结构图。至下面上,链条由电机驱动，销和链条连接在一起，由于销嵌入在黑板块下方的铁片中，因而可以带动黑板块运动。三块黑板在上、下槽的约束下,实现三块黑板的任意调用。

图2，轮转换位黑板的动力结构图注:

1、下导槽 2、链条 3、销 4、电机 5、铁片

黑板要实现黑板块的整圈回转运动，因此黑板块自由度的限定非常重要。如图3、4中所示,黑板块左右运动时,由上、下导槽限定其自由度,使其只能横向运动；当其纵向运动时,由铁片1、2与铁片3的配合来限定其自由度,使其不会前后倾倒或左右晃动。

图3，运动过程黑板块自由度的限定

图4，黑板块自由度限定方式的局部放大图

注:1、电源开关 2、顺时针方向档 3、逆时针方向档 4、模式开关

自动轮转换位黑板的运动分两种模式---任意切换模式和单块切换模式，每种模式又分顺时针和逆时针两个方向运动。接通电源，当开关4关闭时，处于任意切换模式，此时若按下开关2，黑板块可以顺时针方向连续移动任意距离，松开开关2则黑板块停止运动；此时若按下开关3，黑板块可以逆时针方向连续移动任意距离，松开开关3则黑板块停止运动。当开关4打开时，处于单块切换模式，此时若按下开关2，黑板块可以顺时针方向连续移动固定距离并自动停止，若黑板块需要再进行下一次的移动，则再次打开开关4即可；此时若按下开关3，黑板块可以逆时针方向连续移动任意距离并自动停止，若黑板块需要再进行下一次的移动，则再次打开开关4即可。轮转换位黑板的电路开关控制如下表2所示。

表2，轮转换位黑板的电路开关控制表

黑板自动轮转换位功能, 让主黑板始终处于最佳视线位置，也可根据需要回转到之前的黑板，功能多样且“动感十足”，极大的优化了黑板的教学使用效果。

3.2 自动黑板擦

自动黑板擦固定在黑板装置内部，利用黑板块运动的特点,实现自动擦黑板的功能,其结构如图7、8所示。相比传统的自动黑板擦，本产品的黑板擦固定不动,粉尘不会四处飞扬,而且黑板擦固定在整个黑板的内部，可以较大程度的减少师生受到粉尘危害。当需要擦除黑板上的版书内容时，将旋扭处于开档状态，利用黑板擦与黑板的接触和适当挤压，实现擦除黑板上内容的目的。当按钮处于关档状态，黑板擦与黑板分离，黑板上的版书内容不被擦除。

自动黑板擦免去了老师擦黑板的负担，节约了老师教学的宝贵时间，提高了教学效率；同时黑板擦在自动擦黑板的过程中，避免了粉尘危害降低了老师职业病的发生率。

4 功能创新点

本项目创新设计了一款多功能自动轮转换位黑板，与市场上已有的产品相比，该黑板具有如下优点：

1、轮转换位黑板让主黑板始终处于最佳视线位置，还可以根据需要保存已书写教学内容的黑板，或回顾之前已书写的黑板，操作灵活且“动感十足”。

2、自动黑板擦安装在黑板装置内部，可根据需要自动擦除黑板文字，可以较大程度避免师生受到粉尘危害。

3、附属简易画图装置可辅助完成直线和圆弧的绘制，操作方便；节能万向灯既可调节光源位置实现任意角度照明，又能较大程度地节约能源，两种装置结构简单，功能多样。