科研训练结题报告(1)

项目名称

多 自 由 度 绘 图 黑 板

项目起止年月

2013.7-2014.9

拟提交成果形式

实物装置、专利

立项人姓名

赖剑斌

学 号

2011100725

学院

机械与电气工程学院

项目组其他成员

姓名

学号

班级/学院

蔡慧明

2011100717

11机械设计制造及其自动化1班

付明杨

2011100637

11机械设计制造及其自动化1班

刘殷杰

2011100698

11机械设计制造及其自动化1班

邓鹏飞

2011100643

11机械设计制造及其自动化1班

指导教师姓名

杨武

职称

副教授

所在学院

机械与电气工程学院

项 目 研

究

内

容

项 目 研

究

内

容

目前，教室中的黑板存在两个问题：1、由于教室内黑板对光线的反射，严重影响了教室两边的同学们的视线，导致教室两边的同学们看不清黑板上的内容。2、教师在黑板上制图只能大略绘制，使得绘制出的图形不够精准，可能会导致学生理解不够迅速，教学效率降低。

针对教室黑板反光的问题，本课题研究拟设计可在空间内变换角度的黑板。该作品能在空间内变换角度，减少黑板对光线的反射，使同学们达到一个理想的视觉效果，从而解决同学们上课看不清黑板上内容的问题。此外，针对老师上课徒手绘图不准确等问题，本作品拟增加一个可伸缩的连杆机构，通过该机构可使教师较为精准地在黑板上绘制出一些基本图形。

作品变换角度的工作原理拟采用类似于机械臂的结构。该机构在整个空间内采用对称布局，共设置四个连接臂，连接臂在墙壁上采用铰链连接，可以在平面内自由伸缩调整长度，使黑板自由的在空间内调整板面与墙壁之间的距离。而在连接臂与黑板的连接处，则采用十字轴式万向节连接，以实现黑板相对于连接臂做一定角度的调整。另外，本项目研究拟在铰链关节处加装电子抱闸，其在通电时可将关节锁住以固定黑板的角度，从而实现黑板变化角度后的制动作用。

通过十字轴式万向节以及电子抱闸的配合，可以实现黑板在空间内调整角度并在合适的位置固定，减少光线对黑板的反射，从而有效的解决黑板反光的问题。

采用的十字万向关节如图1:

图1 ： 十字万向关节

黑板绘图的功能是通过可伸缩的连杆机构实现的，连杆机构采用运动轨迹为圆的连杆，将粉笔放在连杆的末端，然后通过转动连杆，从而可以实现在黑板上画圆的功能，而通过改变杆的长度，就可以绘制出不同半径的圆。同理，直线的绘制则通过该连杆作为直尺，杆的中间装有刻度盘，可方便量取角度，从而可以画出任意角度的直线。该连杆机构安装在可移动的导轨上，可以实现在黑板的任意区域内上下左右移动，以实现在黑板任意区域作图，而平时不用时，只需将它移到一旁，既不会占用黑板空间，又方便老师教学。

作品绘图功能示意图如图二所示：

图二：黑板绘图功能示意图

黑板整体效果图如图三所示：

图三：黑板整体效果图

研究工作的进度安排

2014.01.01-2014.02.2 完善方案，深究探讨创新点，确定研究方案

2014.02.26-2014.03.15 结构设计，工程图纸设计

2014.03.16-2014.04.15 完成作品实物样机

2014‎.‎4‎.9‎ 撰写实用新型专利申请书

2014.04.16-2014.05.01 完善和优化作品

2014‎.‎4‎.17‎ 收到专利申请受理通知书

2014.05.02-2014.05.07 项目总结

预 期 达 到 的 成 果

本项目研究拟取得以下成果：

1.完成实物样机

2. 实现黑板在空间上任意位置变换，以调节黑板在空间中的角度，使黑板对 光线的反射角度改变以减少反射光线，从而有效解决黑板反光的问题。教师通过绘图系统可以很方便的实现在黑板上绘制出一些基本图形，方便老师教学。

3.完成研究报告

项 目 经 费 预 算

实验材料和加工费用 1600元

辅导资料筹集和购买费用 150元

打印复印费用 150元

交通通讯等杂费 100元

总计： 2000元

指

导

教

师

意

见

签名：

年 月 日

学

院

意

见

负责人（签名、公章）：

年 月 日

专家

组评

审意

见

签名：

年 月 日

大学生科技创新领导小组意见

负责人（签名、公章）：

年 月 日

项目负责人

赖剑斌

项目负责人单位

机械与电气工程学院

项目名称

多自由度绘图黑板

计划完

成时间

2014.09

实际完

成时间

2014.10

成果字数

2000

成果去向

2014年6月获得第六届全国大学生机械创新设计大赛江西赛区二等奖

申请实用新型专利并已收到专利申请受理通知书

经费使用说明

材料和加工费用 1750元

打印复印费用 150元

交通通讯等杂费 100元

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研究成果简介（不低于500字，此栏可加页）

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本项目研究拟取得以下成果：

1. 完成实物样机(三维整体图如下)

2.实现黑板在空间上任意位置变换，以调节黑板在空间中的角度，使黑板对光线的反射角度改变以减少反射光线，从而有效解决黑板反光的问题。教师通过绘图系统可以很方便的实现在黑板上绘制出一些基本图形，方便老师教学。空间可变换角度的多自由度绘图黑板不仅解决了学生因黑板的反光影响学习效果的问题；同时解决了老师在绘图教学时需要携带绘图工具的不便或徒手绘图的不准确性等问题。这款教具具有一定的实用价值，且其制作简单，总体造价便宜等特点，很值得推广使用。

3. 本项目获得2014年第六届全国大学生机械创新设计大赛江西赛区预赛二等奖

4. 申请实用新型专利并已收到专利申请受理通知书

申报类型： 实用新型

专利申请人：南昌工程学院

发明人：杨武、唐刚、李志彪、蔡慧明、付明杨、刘殷杰、程建建、赖剑斌、邓鹏飞、曾贤根、罗荣福、张栋栋、钟苏辉、陈朝碧、廖锋尧、冯亮

联系人：李志彪（181********）；蔡慧明（187********）

申请鉴定理由（1.成果主要内容、特色、效益，与国内同类成果相比有哪些突破和创新；2.该项目对大学生进行了哪些方面的科研训练，效果如何。）

1.成果主要内容、特色、效益，与国内同类成果相比有哪些突破和创新

1)基于现代优化机械教学课堂，创造新型教学教具这一新趋势，出现了许许多多的教具，现如今已存在了很多教具，例如：四杆演示机构、齿轮演示机构、带传动智能化黑板擦等。虽然目前创新型教具比较多，但是在教学中教具还存在的很多空白。为了弥补现代机械教学中的教具存在的空缺，有需要做出一种教具的设计—空间可变换角度的多自由度绘图黑板。

2)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解决。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。

3）空间可变换角度的多自由度绘图黑板不仅解决了学生因黑板的反光影响学习效果的问题；同时解决了老师在绘图教学时需要携带绘图工具的不便或徒手绘图的不准确性等问题。这款教具具有一定的实用价值，且其制作简单，总体造价便宜等特点，很值得推广使用。

4）本项目作品有以下创新点及应用

①、作品运用铰链连杆低副机构连接黑板和支架（墙壁）实现黑板的空间移动和旋转。

②、作品的多自由度绘图黑板自带绘图工具。

③、作品运用导轨滑块机构带动绘图工具在黑板上移动，使之实现用黑板自带的绘图工具在黑板任意位置作图。

④、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。

2．该项目对大学生进行了哪些方面的科研训练，效果如何。

在制作项目实物的过程中，本组的组员不仅学习了加工的总体流程，还对加工所需的具体操作有了一定的了解，例如电焊,打磨等。同时，在建模的过程中，也更加熟悉了proe等工程软件的操作；在设计项目以及写项目申报书等的过程中，通过多方面的查询相关文献与资料，进一步的提高了组员的科学素养。在整个项目设计和制作的过程中，本团队的所有组员，都能够得到所涉及到的各个方面的锻炼。

对学生进行科研训练的内容：

(1)软件应用设计；

(2)机械制造与加工；

(3)专利检索与申报。

对学生进行科研训练的效果：

(1)提高机械设计能力；

(2)提高机械制造加工能力；

(3)学习专利检索与申报步骤。

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指导教师意见

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本项目提高了学生的机械设计能力和机械制造加工能力，学会如何收集搜索相关设计资料；锻炼了学生实践动手能力；并了解有关专利检索与申报步骤的知识。通过本项目的实施，参与学生受到了一次良好的系统科研训练。

签 名：

年 月 日

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院（部）意见

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签字（盖章）：

年 月 日

专家组鉴定意见（从成果的研究方向、应用价值及其观点、方法、对策是否具有科学性、可行性和创新性，对大学生进行科研训练的效果等方面进行评价，是否同意结题等）

鉴定专家组长签名：

年 月 日

校科技创新与技能型竞赛领导小组（办公室）意见

（盖 章）

年 月 日