[发明专利]一种高等数学积分演示教具及其控制电路

权利要求书

1.一种高等数学积分演示教具，其特征在于：包括操作台(1)、升降装置(2)、绘图装置(3)、擦除装置(4)和PLC控制器，所述操作台(1)包括外框(11)和面板(12)，所述外框(11)为矩形框架结构；所述面板(12)为条状结构，面板(12)数量至少为三，面板(12)厚度小于2mm，面板(12)位于外框(11)内部，面板(12)水平排列组成一整体供教师绘制图形进行积分教学，面板(12)上下两端设置有转轴(13)，面板(12)通过转轴(13)转动安装在外框(11)内，外框(11)顶部内置有矩形空腔(111)，面板(12)上方的转轴(13)端部延伸到外框(11)的矩形空腔(111)内，面板(12)上方的转轴(13)端部固定有矩形磁铁(14)，且相邻面板(12)的转轴(13)上的矩形磁铁(14)在相互靠近的一端磁性相反，外框(11)在矩形空腔(111)的一端设置有直流电磁铁(15)；所述直流电磁铁(15)通过换向开关与直流电源相连接，通过换向开关使直流电磁铁(15)磁性改变，从而使矩形磁铁(14)转动，带动面板(12)转动，使面板(12)的背面转动到前方便于绘制新的图形；所述升降装置(2)用于实现操作台(1)高度的调节，升降装置(2)包括上底板(21)、下底板(22)、连杆一(23)、连杆二(24)、螺母(25)、螺杆(26)和行走轮(27)，所述上底板(21)固定在操作台(1)的下方；所述连杆一(23)数量为二，连杆上端铰接上底板(21)的下表面，连杆一(23)在上底板(21)的下方左右对称设置；所述螺母(25)数量为二，螺母(25)中间位置水平开设有螺纹孔，螺母(25)上端与连杆一(23)下端相铰接；所述连杆二(24)与连杆一(23)关于水平面对称布置，连杆二(24)上端与螺母(25)下端相铰接，连杆二(24)下端与下底板(22)相铰接；所述螺杆(26)通过螺纹孔水平安装在两螺母(25)上；所述行走轮(27)安装在下底板(22)的下方，行走轮(27)用于驱动教具移动；所述绘图装置(3)安装在外框(11)上，绘图装置(3)用于实现自动在面板(12)上绘制图形，绘图装置(3)包括滑块一(31)、丝杠一(32)、电机一、导杆一(33)、丝杠二(34)、滑块二(35)、导杆二和电机二(36)，所述丝杠一(32)通过固定块块安装在外框(11)前端面的顶部；所述导杆一(33)通过固定块水平安装在外框(11)前端面的底部；所述滑块一(31)数量为二，其中一滑块一(31)通过螺纹连接安装在丝杠一(32)上，另一滑块一(31)滑动安装在导杆一(33)上；所述电机一安装在外框(11)上，电机一用于驱动丝杠一(32)转动；所述丝杠二(34)竖直安装在两滑块一(31)上；所述滑块二(35)数量为一，滑块二(35)通过螺纹连接安装在丝杠二(34)上，滑块二(35)上靠近面板(12)的端面上设置有粉笔夹头，粉笔夹头用于夹住粉笔实现绘图；所述导杆二两端分别固定在两滑块一(31)上，滑块二(35)竖直穿过导杆二；所述电机二(36)安装在滑块一(31)上，电机二(36)用于驱动丝杠二(34)转动，电机一和电机二(36)均与PLC控制器电连接；所述擦除装置(4)位于面板(12)的背面，擦除装置(4)用于将面板(12)上绘制的图形擦去，便于下一次的重新绘制，擦除装置(4)包括安装块(41)、弹簧一、活动块(42)、刷板(43)、导向杆(44)、剪叉式升降机构(45)和气缸一(46)，所述矩形空腔(111)的侧壁设置有滑槽，滑槽与矩形磁铁(14)处于同一高度，滑槽位于面板(12)的背面，滑槽内设置安装块(41)和弹簧一，安装块(41)在弹簧一的弹力作用下与矩形磁铁(14)接触，安装块(41)能够沿着滑槽水平移动；所述导向杆(44)为弹性杆，导向杆(44)位于面板(12)的背面，导向杆(44)上端铰接在安装块(41)的底部，导向杆(44)下端铰接在外框(11)上，导向杆(44)的存在使刷板(43)能够始终与面板(12)接触；所述活动块(42)一上表面靠近左侧设置有光孔，活动块(42)通过光孔安装在导向杆(44)上，活动块(42)位于面板(12)的背面；所述剪叉式升降机构(45)一端安装在活动块(42)的底部，剪叉式升降机构(45)另一端安装在外框(11)上，剪叉式升降机构(45)用于实现活动块(42)的上下移动；所述刷板(43)固定在活动块(42)靠近面板(12)的一端，刷板(43)用于对面板(12)表面进行擦除；所述气缸一(46)安装在外框(11)上，气缸一(46)用于推动剪叉式升降机构(45)运动；

所述外框(11)在滑槽内设置有气囊(47)，气囊(47)通过气管与储气罐相连；所述储气

罐通过电磁阀和气管与气缸一(46)相连通；所述电磁阀与PLC控制器相连；

所述剪叉式升降机构(45)在相邻两级剪叉臂之间设置有气缸二(48)，气缸二(48)两端分别铰接在相邻两级剪叉臂上，相邻两气缸二(48)之间通过气管实现连通；所述外框(11)底部设置有水槽(112)，最下方的气缸二(48)通过气管与水槽(112)相连，外框(11)在面板(12)的下方设置有出水口(113)，出水口(113)位置设置有雾化喷头(49)，出水口(113)与水槽(112)相连通；

所述活动块(42)在右下角设置有矩形凹槽(421)；所述刷板(43)为滚筒结构，滚筒两端水平安装在活动块(42)的矩形凹槽(421)内，活动块(42)上设置有步进电机，步进电机与滚筒相连接，滚筒表面设置有刷毛；

所述活动块(42)上还设置有摩擦轮一(5)，摩擦轮一(5)安装在滚筒上，摩擦轮一(5)表面设置有压力感应器；所述外框(11)上在面板(12)的下方设置有清理模块(6)，清理模块(6)用于对刷毛进行清理；所述清理模块(6)包括固定座(61)、摩擦轮二(62)和挤压辊(63)，所述固定座(61)数量为二，挤压辊(63)通过固定座(61)水平安装在外框(11)上；所述摩擦轮二(62)安装在挤压辊(63)的端部，摩擦轮二(62)位于摩擦轮一(5)的正下方；所述挤压辊(63)表面设置有山脊状凸起(631)；

还包括控制电路，所述控制电路包括电脑、PLC控制器、电机一、电机二(36)、直流电磁铁(15)、换向开关、延时继电器、电磁阀、压力感应器、步进电机和直流电源，所述电脑与PLC控制器的输入端电连接，电机一和电机二(36)均与PLC控制器的输出端电连接，电脑中绘制的图形向PLC控制器传输，形成电信号，再通过PLC控制器控制电机一和电机二(36)运转；所述直流电磁铁(15)与换向开关通过导线连接，换向开关用于控制进入直流电磁铁(15)中的电流方向；所述换向开关与直流电源通过导线连接，用于向直流电磁铁(15)提供电流；所述电磁阀通过导线与延时继电器相连，延时继电器用于使电磁阀延迟工作；所述步进电机与PLC控制器电连接；所述压力感应器与PLC控制器电连接，压力感应器用于检测摩擦轮一(5)与摩擦轮二(62)的接触，从而反馈PLC控制器控制步进电机的持续转动；

PLC控制器控制电机一和电机二(36)工作，带动粉笔在面板(12)上绘制图形，当需要绘制新的图形时，拨动换向开关使直流电源向直流电磁铁(15)提供的电流方向改变，使直流电磁铁(15)两端的磁性改变，从而矩形磁铁(14)发生一百八十度转动，矩形磁铁(14)的转动带动转轴(13)转动，使面板(12)同步转动，面板(12)上绘制有图形的一面转动到背面，从而面板(12)未绘制图形的一面转动到前方，便可以立即进行下一次的绘图，提高了教学效率；在矩形磁铁(14)转动的过程中，矩形磁铁(14)挤压安装块(41)沿着滑槽运动，使导向杆(44)发生倾斜，从而使刷板(43)与面板(12)之间的距离增大，便于面板(12)顺利完成转动，矩形磁铁(14)完成转动后，由于安装块(41)始终与矩形磁铁(14)接触，从而安装块(41)运动到原位置，刷板(43)重新与面板(12)接触，在矩形磁铁(14)转动推动安装块(41)向滑槽内运动时，安装块(41)对气囊(47)进行挤压使气囊(47)产生压缩空气并储存在储气罐中，当面板(12)转动结束时，电磁阀工作使储气罐内的压缩空气通过气管向气缸一(46)供应，气缸一(46)推动剪叉式升降机构(45)运动，推动活动块(42)沿着导向杆(44)上下运动，使刷板(43)在面板(12)上上下运动，对面板(12)上绘制的图形进行擦除，便于下次的重新使用，省去了擦面板(12)的时间，提高了效率；

气缸一(46)推动剪叉式升降机构(45)向下运动时，使气缸二(48)被压缩产生压缩空气，产生的压缩空气喷入水槽(112)中，使水槽(112)中的水由出水口(113)喷出，雾化喷头(49)的存在使喷出的水呈雾状，水雾喷到面板(12)背面，能够使面板(12)上的粉笔字图形湿润，便于刷板(43)的擦洗，同时避免了粉尘的产生，改善了教学环境；

活动板沿着导向杆(44)上下运动时，步进电机周期性地带动滚筒转动，使滚筒表面不同位置的刷毛均能与面板(12)接触，一方面延长了刷毛的使用寿命，另一方面提高了面板(12)清洁的效果；

当活动板带动滚筒向下运动使摩擦轮一(5)与摩擦轮二(62)接触时，压力感应器检测到压力变化，通过反馈PLC控制器使步进电机持续转动，使摩擦轮一(5)带动摩擦轮二(62)运动，摩擦轮二(62)带动挤压辊(63)转动，挤压辊(63)转动时，挤压辊(63)表面的山脊状凸起(631)无规则地对滚筒表面进行敲击，使刷毛上的灰尘脱落，实现了对刷毛的清理。