CN108583090A - 一种基于图像识别的全自动黑板擦 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动擦拭黑板设备，利用摄像头识别擦拭区，并通过微机再结合巧妙的机械结构控制黑板擦擦除识别区域粉尘，属于图像识别与自动化领域。传统的擦拭方法，费时且对擦拭人身体有害；而目前市面上出现的一些自动擦除设备，多是全区域擦拭，擦拭过程中无选择性、效率低、操作时间长且浪费能源。本发明包括智能图像识别、微机控制、机械运动结构三大模块，利用摄像头拍下当前黑板整体情况，并将信息反馈到微机，微机通过对图片进行二值化处理，智能识别出擦除区，再通过微机控制电机转动，进而控制黑板擦实现有目的地擦拭黑板。本发明的主要用途是：取代传统的黑板擦擦拭方法，实现高效且智能的自动擦拭黑板。

Description

一种基于图像识别的全自动黑板擦

技术领域

本发明涉及一种黑板擦拭设备，特别是利用机械结构和图像识别来实现自动的、高效的、有目的性的擦拭黑板，属于图像识别和自动化领域。

背景技术

粉尘是一种对于人体十分有害的物质，主要损害人体的呼吸道***，对人体的肺部、上呼吸道、眼睛、皮肤、耳朵有很大的伤害，长期吸入高浓度的粉尘可引起咳嗽、呼吸困难、咳血等症状，甚至对人体的肺造成严重损害。

在教师的日常教学过程中，黑板擦是常用的教具。教师常需要在黑板上书写大量板书，并由教师或学生手动擦除黑板，给教师的教学带来很大不便，也给教师和学生的身体带来危害，因此实现一种能自动帮助老师擦拭黑板的技术很有必要。

当下一些同类型技术，有的只是非全自动化擦拭黑板，还有的黑板擦是针对一整块黑板进行擦拭，缺乏目的性，效率低下，又浪费能源，并不能很好的解决上面的问题。

发明内容

为了能减小粉尘对师生健康的危害，方便教师的教学，同时克服当下很多技术非全自动化，擦拭过程中无选择性、效率低下、操作时间长，浪费能源等缺陷。本发明专利利用机械结构和图像识别，通过微机来控制黑板擦进行有目的性的运动，进而自动高效的擦拭黑板。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于图像识别的全自动黑板擦，包括机械结构模块、图像识别模块和控制模块。机械结构模块包括黑板擦、长轴滑台、短轴滑台、长轴丝杠、短轴丝杠、位于长轴丝杠左侧的长轴电机、位于短轴丝杠上侧的短轴电机、长轴滑台、短轴滑台分别连有长轴滑台支架、短轴滑台支架；图像识别模块包括摄像头、摄像头支架；控制模块为微机，机械结构模块、识别模块均与控制模块的微机相连，并受到微机控制，三个模块构成一个完整***。

上述基于图像识别的全自动黑板擦，所述机械结构模块位置关系为：长轴滑台、丝杠固定在一起位于黑板顶部，短轴滑台、丝杠固定在一起位于黑板左部，二者成垂直放置，分别对应黑板的长边和短边，其中长轴滑台支架位置固定，短轴滑台支架可以滑动。短轴滑台固定于长轴丝杠上，黑板擦固定于短轴丝杠上，可随短轴丝杠转动而移动。长轴电机、短轴电机分别与长轴丝杠、短轴丝杠同轴相连，长轴丝杠、短轴丝杠可随长轴电机、短轴电机转动而转动。

上述基于图像识别的全自动黑板擦，所述图像识别模块位置关系为：摄像头支架采用L型金属支架，垂直于黑板面固定在黑板上方；摄像头连接在摄像头支架末端，位于黑板面前方，能够拍摄整块黑板。

上述基于图像识别的全自动黑板擦，所述控制模块的微机为STM32F407单片机开发板，通过导线分别与摄像头、长轴电机、短轴电机连接，能够支持摄像头数据传输和图片处理，以及驱动电机转动，可实现对黑板擦全过程的自动控制。

本发明的有益效果是：通过对黑板的自动擦拭，减小了粉尘对师生健康的危害，通过摄像头和微机进行图像识别与处理，有效解决了现有技术对整块黑板进行擦拭，效率不高，浪费能源的问题。还可以方便地通过微机调整黑板擦的运动范围和运动速度，适用于不同大小的黑板，扩大了装置的适用范围。

附图说明

图1为本发明西南等轴测斜视图；

图2为本发明正视图；

图3为本发明左视图。

图中1.黑板，2.摄像头，3.摄像头支架，4.长轴电机，5.微机，6.短轴滑台，7.长轴滑台支架，8.短轴滑台支架，9.长轴滑台，10.短轴电机，11.长轴丝杠，12.短轴丝杠，13.黑板擦。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

这种基于图像识别的全自动黑板擦包括机械结构模块、图像识别模块和控制模块。长轴滑台9、长轴丝杠11和长轴电机4组合在一起，整体沿黑板1长边方向通过长轴滑台支架7固定于黑板顶部；短轴滑台6、短轴丝杠12和短轴电机10组合在一起，整体沿黑板1短边方向通过短轴滑台支架8固定于黑板左部；长轴整***于短轴整体的前方，两者呈垂直放置，短轴滑台6固定于长轴丝杠11上，黑板擦13固定于短轴丝杠12上；摄像头2固定于摄像头支架3末端，位于黑板1前方；微机5至于黑板1左上方，通过导线与长轴电机4、短轴电机10、摄像头2相连。

当使用本发明时，可先根据黑板1尺寸和需求设置黑板擦13的最大运动范围和运动速度。一键启动后，摄像头2对整个黑板1进行拍照，将图像传回微机5，微机5再对图像进行二值化处理，识别出有粉笔痕迹的区域。

微机5可控制长轴电机4的转动方向和转动速度，由于长轴电机4与长轴丝杠11同轴连接，当微机5控制长轴电机4转动时，长轴丝杠11随之转动，又由于短轴滑台6固定于长轴丝杠11上，以及丝杠的特殊机械结构将转动转化为直线运动，短轴整体将左右运动；类似的，微机5可控制短轴电机10的转动方向和转动速度，由于短轴电机10与短轴丝杠12同轴连接，当微机5控制短轴电机10转动时，短轴丝杠12也随之转动，又由于黑板擦1固定于短轴丝杠12上，黑板擦1将上下运动，即通过微机5控制长轴电机4、短轴电机10转动可实现黑板擦1左右、上下运动。

黑板擦1起始位置位于黑板1左上方，针对识别出有粉笔痕迹的需要擦拭的区域，微机5可直接控制长轴电机4、短轴电机10转动使黑板擦1直接到达需要擦拭的区域，然后黑板擦1在该区域上下小幅运动进行擦拭，该区域擦拭完成后再到下个区域进行擦拭，直至完成整块黑板的擦拭后，回到出发点，为下一次擦拭做准备。

以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于图像识别的全自动黑板擦，包括机械结构模块、图像识别模块和控制模块，其特征在于：机械结构模块包括黑板擦(13)、长轴滑台(9)、短轴滑台(6)、长轴丝杠(11)、短轴丝杠(12)、位于长轴丝杠(11)左侧的长轴电机(4)、位于短轴丝杠(12)上侧的短轴电机(10)、长轴滑台(9)、短轴滑台(6)分别连有长轴滑台支架(7)、短轴滑台支架(8)固定；图像识别模块包括摄像头(2)、摄像头支架(3)；控制模块为微机(5)，机械结构模块、识别模块均与控制模块的微机(5)相连，并受到微机(5)控制，三个模块构成一个完整***。

2.根据权利要求1所述的基于图像识别的全自动黑板擦，其特征在于，机械结构模块位置关系为：长轴滑台(9)、长轴丝杠(11)固定在一起位于黑板(1)顶部，短轴滑台(6)、短轴丝杠(12)固定在一起位于黑板(1)左部，二者成垂直放置，分别对应黑板(1)的长边和短边，其中长轴滑台支架(7)位置固定，短轴滑台支架(8)可以滑动。短轴滑台(6)固定于长轴丝杠(11)上，黑板擦(13)固定于短轴丝杠(12)上，可随短轴丝杠(12)转动而移动。长轴电机(4)、短轴电机(10)分别与长轴丝杠(11)、短轴丝杠(12)同轴相连，长轴丝杠(11)、短轴丝杠(12)可随长轴电机(4)、短轴电机(10)转动而转动。

3.根据权利要求1所述的基于图像识别的全自动黑板擦，其特征在于，图像识别模块位置关系为：摄像头支架(3)采用L型金属支架，垂直于黑板面固定在黑板上方；摄像头(2)连接在摄像头支架(3)末端，位于黑板(1)面前方，能够拍摄整块黑板。

4.根据权利要求1所述的基于图像识别的全自动黑板擦，其特征在于，控制模块的微机(5)为STM32F407单片机开发板，通过导线分别与摄像头(2)、长轴电机(4)、短轴电机(10)连接，能够支持摄像头(2)数据传输和图片处理，以及驱动长轴电机(4)、短轴电机(10)转动，可实现对黑板擦全过程的自动控制。