多自由度绘图黑板的设计

程建建 蔡慧明

摘 要：市场上现有的黑板多为固定式，不能解决黑板反光导致学生无法看清黑板的问题。文章研究的是一种空间可变换角度的多自由度绘图黑板，可以很好的解决反光问题，同时黑板上带有绘图工具，方便教师在教学过程中进行绘图。

关键词：黑板；空间可变换角度；多自由度；绘图工具

前言

黑板在传统意义上讲它是一个可以反复书写的平面，板面坚硬，主要用于教学。黑板从最早的用黑色涂料涂抹在木板、水泥等坚硬物体表面，到九十年代的水磨玻璃，现在的彩涂钢板，复合材料板....见证了世界教育事业的一步步发展，为人类传播知识，普及教育，立下了汗马功劳。

目前教学课堂所使用的黑板不能解决光照反射问题，同时没有自带绘图工具，不方便在黑板上绘图。空间可变换角度的多自由度绘图黑板涵盖市场上现有黑板的多种功能。不仅可以防止光照反射，还自带绘图工具等。对提高教学质量具有重大意义，对黑板类教具是一种大胆的创新。

空间可变换角度的多自由度绘图黑板方案的提出来自教学课堂，所以通过教学课堂所学课程知识对其加以设计。通过机械原理、机械设计、机械制图等课程，了解到通过铰链连接的多自由度原理，来实现角度调节；通过滑块机构，来实现平行、垂直移动。空间可变换角度的多自由度绘图黑板对现代教学课堂是一种革新。可以通过调节黑板的相对角度，进而改变黑板的视觉效果，使坐在教室旁侧的学生也能够看清楚黑板上的教学内容。通过增加两个滑块机构实现水平、垂直图形绘制，可绘制黑板平面内任意直线。通过一中心定位销，可实现旋转，进而实现圆的绘制。当非绘图教学时，可将各绘图工具移至黑板一侧。

1 多自由度绘图黑板的结构

空间可变换角度的多自由度绘图黑板，主要由①黑板、②滑杆、③铰链连杆机构、④直尺、⑤带槽尺、⑥抱闸组成。结构如图1所示。

2 多自由度绘图黑板的工作原理

2.1 铰链连杆机构部分

空间可变换角度的多自由度绘图黑板的主要设计思想源于机械臂的设计原理。如图2所示，采用四个铰链连杆机构来连接黑板和支架，使得黑板可以相对于支架移动且使黑板和支架之间呈一定角度，这样就解决光照反射的问题。

2.2 制动装置

为了控制黑板的位置，需要加入制动装置，通过制动四个铰链连杆机构中的一个就可以控制黑板的移动位置。采用电子抱闸的断电锁住，通电松开的原理来控制部分连杆的制动，连接方法如图3所示。

2.3 黑板绘图部分

在黑板上下两边缘固定安装两个导轨，两个导轨里配装相对应的滑轮，再用一根光杆作为滑杆连接在两个滑轮上。用一个滑块套装在光杆上，滑块的另一端通过销钉与直尺1相连接，直尺1另一端通过蝶形螺母与连接尺2相连接。这样的安装结构使得滑轮在导轨中自由滑动并且带动滑杆左右移动，从而使滑块和直尺1、尺2也可以左右移动。直尺1绕着滑块转动使其黑板上画出不同角度的直线，尺2可以绕着直尺1转动可在黑板上画圆。尺2上开有较长的粉笔槽，可以实现不同半径的圆的绘制，其结构如图4所示。

3作品的创新点

（1）作品运用铰链连杆低副机构连接黑板和支架，实现黑板的空间移动和旋转。

（2）作品通过导轨滑块机构带动绘图工具在黑板上移动，使之实现利用黑板自带的绘图工具在黑板任意位置作图。

（3）作品运用低功耗而又高效廉价的电磁抱闸来当作制动机制。

4 结束语

空间可变换角度的多自由度绘图黑板不仅解决了学生观看黑板的视觉难度，而且提高了老师授课的教学强度；同时也为解决老师绘图教学，携带绘图工具的麻烦和利用工具手动绘图的不准确性等问题，给老师绘图教学带来极大地方便。这款教具的设计制作实用、简单，总体造价便宜，值得推广应用。

参考文献

[1]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006

[2]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006

[3]何铭新，钱可强.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2003

[4]机械工程手册编辑委员会编.机械工程手册：传动设计卷.第二版.北京：机械工业出版社，1997.

作者简介：程建建（1993.1-），男，汉族，江西乐平人，南昌工程学院本科在读。研究方向：机械结构设计。

蔡慧明（1993.5-），男，汉族，江西赣州人，南昌工程学院本科在读。研究方向：机械结构设计。