智能遥控黑板擦拭机器人

褚璐+李华东

摘 要：本论文设计一种新型的智能遥控黑板擦拭机器人，包括小车本体与清洁装置等结构。利用Arduino技术和红外遥控技术，可实现机器人在黑板上的遥控定位擦除，与现有的导轨式黑板擦除技术相比，具有结构小巧，成本低，可移植性强，且可实现擦除指定位置内容的优点。旨在提高教学效率的同时，避免粉尘对教师的危害。

关键词：Arduino；红外遥控；定向擦除

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）01-0054-01

1 背景介绍

上课时候，老师经常在讲课过程中停下来擦黑板，而且还必须避开教学使用的内容；同时长期吸入粉尘，对老师也是一种极大的伤害。由此看来，传统的黑板擦除方法存在很多弊端，在快节奏教学中，可能会造成不必要的时间浪费，全自动遥感控制的黑板擦除装置，势必会在今后的教学设备中占有一席之地。所以，我们想设计出一种新式黑板擦。

现有的发明中有类似的想法，但是它们都是以改造黑板为前提，在黑板上加装导轨，再借助一个大型擦拭工具来实现目的功能。这种发明的缺陷很明显，改造成本很高，结构复杂，体积庞大，也具有一定的危险性，推广起来难度也很大。

我们希望设计一个可以不借助导轨的，利用遥控技术，使黑板擦能够自动在黑板上移动，并擦除指定区域的内容的新式黑板擦。我们的装置是基于现有的黑板设计的，无需改造黑板。具有很好的考虑简便、使用、可移植性。

2 智能黑板擦除小车结构说明

2.1 擦除装置

清洁装置（图1）内部采用圆柱体海绵（6），外部包裹了添加抗折材料的硬质纤维清洁布（9），具有耐磨损，易清洁，组织密度高等特点。圆柱体海绵气孔多，吸水性以及保湿性良好。因此能够使清洁布长期保持在湿润状态。圆柱体海绵中还内嵌一枚强磁铁（8），增加擦除装置与黑板之间的吸引力，研究表面，吸引力的增加能够提高清洁布与黑板之间的摩擦力，有效提高擦除效果。装置（7）为旋转电机，在清洁模式下，带动（6）和（9）旋转擦除黑板。

2.2 小车底盘

智能黑板擦除小车底盘由普通底盘加薄型长方体强磁铁构成，强磁铁为小车吸附在黑板上提供合适的吸引力。底盘为PU塑料结构，价格便宜且材料轻便。

2.3 小车操控

小车为两电机分别控制两车轮，两车轮分别位于车的左前方和车的右后方。电机分为正转和反转两个不同状态，通过两个电机的转向和转速可以实现小车前进、后退、左转、右转。电机控制如表1所示。

2.4 充电装置

小车内置可充电蓄电池，通过USB接口与电源相连接。USB接口位于小车尾部（5），通过电压转换的技术，实现在家用220V电压下对小车的充电。充满一次电能后，小车可连续操控1-2小时。小车侧面图见图2所示。

3 系统设计

一种智能遥控黑板擦拭机器人，包括小车本体和清洁装置。小车本体的车底内部放置了一块尺寸以及磁力合适的薄磁铁，磁力大小既要使小车吸附在黑板上而不掉落，又要保证不给小车移动过程带来过大的摩擦力；小车底部两侧共有两个移动车轮，分别位于车底的左后方和右前方，以便实现前进、后退、左右转弯；小车本体车身内部前侧安装有电机和控制装置，控制装置接受遥控控制器发来的移动信号和变形信号；小车本体车身内部后侧为充电区，可利用USB接口充电；小车本体的外部前侧安装有清洁装置。清洁装置的外部上方安装有一个电机；清洁装置通过连接杆连接在小车本体上并在其连接点为旋转座在垂直面上可上下旋转，以实现定点擦除功能；清洁装置内部靠近底部位置放置有一块小磁铁，提供吸附力，同时提供压力，保障擦拭效果；清洁装置与黑板接触面上设有清洁布。小车本体匹配于红外遥控器，通过遥控器操作使小车按指定路线擦拭，完成清洁任务。

主要运行过程如下：小车停在黑板上，清洁装置抬起，未接触黑板面。当有清洁任务时，操纵遥控器上下左右到达指定位置，按下遥控器上的变形开关，小车内部控制装置接收信号，使清洁装置落下，清洁布接触到黑板面，清洁装置上部的电机带动清洁装置旋转擦拭指定区域。

4 结语

智能黑板擦拭机器人结构简单，成本较低，体积较小，可移植性强，可远程操作。但也存在不足之处，此设计还是涉及到人工操作，未能做到完全的自动擦拭；充电时间较长，工作时间略短。

应用前景：当今时代，在快节奏的生活中，人们越来越讲究效率，在教学过程中也是如此。这种新式黑板擦可以在不影响老师正常授课的前提下，避免了粉塵的危害，又提高了教学的效率。这种黑板擦具有良好的可移植性，不光针对黑板，在替换成另一种清洁装置、改进产品参数后，可以在人们难以接触的地方，代替人手完成清洁任务。

参考文献

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[2]田录林，贾嵘，杨国清，田琦，李知航.永磁铁磁贴合体的磁场及磁力[J].电工技术学报，2008，23（6）：7-13.endprint