自动擦除和磁力牵引的沙画装置

本发明属于机器人与科普展品，特别涉及一种自动擦除和磁力牵引的沙画装置。

背景技术：

1、沙画是一种广受大众喜爱的艺术形式，通过改变沙子在一个展示平面上的排列而绘制出美丽的图案。将沙画融入家居设备、科技馆展示、机器人教育等领域可以达到新颖的美观展示与教育目的。

2、现有沙画装置一般采用典型的向空白盘面喷洒细沙的绘制方法，并模拟沙画师人手进行喷洒和绘制。此类方式通过机械臂在沙画上方工作，遮蔽观众视线，影响美观与观赏价值。现有规避机械臂位于沙画上方作画的方案则将细沙预先平铺于盘面上，通过沙画下方机械牵引沙画上方装置在沙中留下作画轨迹。此类方案沙画图案无法快速清除，仅能叠加绘画，且仅能通过绘画装置将旧图案覆盖，另外，此类牵引方案对重力有一定依靠性，导致其无法绘制间断图案，必须一笔绘成。

3、实现绘画装置不遮挡沙画、能快速擦除绘画且可以绘制间断图案，难点在于如何在不影响牵引装置的情况下将平铺于沙盘上的细沙中绘画轨迹清除；如何在绘制间断图案时将牵引装置脱离，并在间断过后重新接触沙面进行绘制。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种自动擦除和磁力牵引的沙画装置，既能实现绘制沙画不被遮挡，提升观众欣赏沙画的体验性，又可以快速自动擦除沙画，保证沙画绘制的可重复性，还可以用于绘制带有间断的图案沙画，使得绘画的图案种类更加丰富。

2、根据本发明实施例的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，包括：

3、桌台，所述桌台包括桌板和桌架，所述桌板固定在所述桌架的上端上；

4、沙盘，所述沙盘水平地支撑在所述桌板的上方且与所述桌板之间具有间距；

5、电磁悬浮模块，所述电磁悬浮模块设置在所述沙盘和所述桌板之间，用于对所述沙盘中的磁性细沙球进行吸附或悬浮；

6、驱动机构，所述驱动机构位于所述电磁悬浮模块的下方且连接于所述电磁悬浮模块的下端，用于驱动所述电磁悬浮模块在所述沙盘上绘制沙画；

7、振动机构，所述振动机构设置在所述沙盘的外缘处，用于在所述沙盘上的磁性细沙球处于悬浮状态下对所述沙盘施加振动，以擦除绘制的沙画。

8、根据本发明实施例的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，由于电磁悬浮模块能实现对沙盘中的磁性细沙球进行吸附和悬浮两种功能，因此，当需要绘制沙画时，电磁悬浮模块处于对磁性细沙球的吸附状态，驱动机构驱动电磁悬浮模块运动，电磁悬浮模块在沙盘的下方近距离经过的同时，在沙盘上绘制出沙画；由于电磁悬浮模块及驱动机构均位于沙画的下方，观众从沙盘的上方欣赏沙画时，不会被电磁悬浮模块和驱动机构遮挡视线，沙画可以完全直观地展示在观众眼前，观众欣赏沙画体验性好；当需要擦除沙画时，在电磁悬浮模块切换到对磁性细沙球的悬浮状态，振动机构对沙盘进行振动，快速自动地擦除绘制的沙画，保证了沙画绘制的可重复性。同时，由于电磁悬浮模块能实现对沙盘中的磁性细沙球的悬浮功能，因此，本发明实施例的自动擦除和磁力牵引的沙画装置还可以用于绘制带有间断的图案沙画，使得绘画的图案种类更加丰富。

9、总之，本发明实施例的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，既能实现绘制沙画不被遮挡，提升观众欣赏沙画的体验性，又可以快速自动擦除沙画，保证沙画绘制的可重复性，还可以用于绘制带有间断的图案沙画，使得绘画的图案种类更加丰富。

10、在一些实施例中，所述驱动机构包括传动单元、第一电机和第二电机；所述传动单元的的上侧与所述电磁悬浮模块的下端相连，所述第一电机和所所述第二电机分别与所述传动单元相连，其中，所述第一电机用于驱动所述传动单元及所述第二电机绕所述第一电机的竖直轴线做水平旋转运动，使所述电磁悬浮模块做绕所述第一电机的竖直轴线做水平旋转运动；所述第二电机用于驱动所述传动单元运动，使所述电磁悬浮模块做水平径向直线运动。

11、在一些实施例中，所述传动单元包括直线滑轨、滑块、第一带轮、第二带轮和同步带；所述第一电机位于所述直线滑轨的下方并与所述直线滑轨相连，以驱动所述直线滑轨做旋转运动；所述第一带轮和所述第二带轮分别对应地安装在所述直线滑轨的两端，所述同步带套设在所述第一带轮和所述第二带轮上，所述滑块与所述直线滑轨滑动配合且由所述同步带驱动；所述第二电机与所述第一带轮相连，用于驱动所述第一带轮转动，使所述滑块沿着所述直线滑轨移动；所述电磁悬浮模块的下端安装在所述滑块上。

12、在一些实施例中，所述驱动机构还包括多个承重轮，多个所述承重轮间隔开地安装在所述直线滑轨的下侧上，且可转动地支撑在所述桌板上。

13、在一些实施例中，所述桌板的上表面上设有供多个所述承重轮换滚动的圆形滑槽。

14、在一些实施例中，所述振动机构包括第三电机和电机支架；所述第三电机安装在所述电机支架上，所述电机支架固定在所述沙盘上，所述第三电机通过驱动偏心轮对所述沙盘施加水平力，实现对所述沙盘的振动。

15、在一些实施例中，还包括减振装置，所述减振装置分别与所述沙盘和所述桌板相连。

16、在一些实施例中，所述减振装置为减振弹簧。

17、在一些实施例中，所述电磁悬浮模块包括上板、下板、电磁铁、线圈和霍尔传感器；所述下板固定在所述滑块上，所述上板间隔开位于所述下板的上方且与所述下板固定，所述电磁铁和所述线圈设置在所述上板上且位于所述线圈中，所述霍尔传感器设置在所述下板上。

18、在一些实施例中，还包括控制系统，所述控制系统用于在上位机中对所要绘制的沙画进行轨迹规划，并将解算结果形成控制指令，传送到下位机中；所述下位机直接与所述第一电机和所述第二电机相连，控制所述第一电机和所述第二电机的运动输出；所述下位机还用于控制所述第三电机输出特定频率的转速，实现所述沙盘的振动。

19、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种自动擦除和磁力牵引的沙画装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，其特征在于，所述驱动机构包括传动单元、第一电机和第二电机；所述传动单元的的上侧与所述电磁悬浮模块的下端相连，所述第一电机和所所述第二电机分别与所述传动单元相连，其中，所述第一电机用于驱动所述传动单元及所述第二电机绕所述第一电机的竖直轴线做水平旋转运动，使所述电磁悬浮模块做绕所述第一电机的竖直轴线做水平旋转运动；所述第二电机用于驱动所述传动单元运动，使所述电磁悬浮模块做水平径向直线运动。

3.根据权利要求2所述的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，其特征在于，所述传动单元包括直线滑轨、滑块、第一带轮、第二带轮和同步带；所述第一电机位于所述直线滑轨的下方并与所述直线滑轨相连，以驱动所述直线滑轨做旋转运动；所述第一带轮和所述第二带轮分别对应地安装在所述直线滑轨的两端，所述同步带套设在所述第一带轮和所述第二带轮上，所述滑块与所述直线滑轨滑动配合且由所述同步带驱动；所述第二电机与所述第一带轮相连，用于驱动所述第一带轮转动，使所述滑块沿着所述直线滑轨移动；所述电磁悬浮模块的下端安装在所述滑块上。

4.根据权利要求3所述的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，其特征在于，所述驱动机构还包括多个承重轮，多个所述承重轮间隔开地安装在所述直线滑轨的下侧上，且可转动地支撑在所述桌板上。

5.根据权利要求4所述的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，其特征在于，所述桌板的上表面上设有供多个所述承重轮换滚动的圆形滑槽。

6.根据权利要求2所述的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，其特征在于，所述振动机构包括第三电机和电机支架；所述第三电机安装在所述电机支架上，所述电机支架固定在所述沙盘上，所述第三电机通过驱动偏心轮对所述沙盘施加水平力，实现对所述沙盘的振动。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，其特征在于，还包括减振装置，所述减振装置分别与所述沙盘和所述桌板相连。

8.根据权利要求7所述的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，其特征在于，所述减振装置为减振弹簧。

9.根据权利要求3所述的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，其特征在于，所述电磁悬浮模块包括上板、下板、电磁铁、线圈和霍尔传感器；所述下板固定在所述滑块上，所述上板间隔开位于所述下板的上方且与所述下板固定，所述电磁铁和所述线圈设置在所述上板上且位于所述线圈中，所述霍尔传感器设置在所述下板上。

10.根据权利要求6所述的自动擦除和磁力牵引的沙画装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统用于在上位机中对所要绘制的沙画进行轨迹规划，并将解算结果形成控制指令，传送到下位机中；所述下位机直接与所述第一电机和所述第二电机相连，控制所述第一电机和所述第二电机的运动输出；所述下位机还用于控制所述第三电机输出特定频率的转速，实现所述沙盘的振动。

技术总结本发明公开了一种自动擦除和磁力牵引的沙画装置，包括桌台、沙盘、电磁悬浮模块、驱动机构和振动机构；桌台包括桌板和桌架，桌板固定在桌架的上端上；沙盘水平地支撑在桌板的上方且与桌板之间具有间距；电磁悬浮模块设置在沙盘和桌板之间，用于对沙盘中的磁性细沙球进行吸附或悬浮；驱动机构位于电磁悬浮模块的下方，用于驱动电磁悬浮模块在沙盘上绘制沙画；振动机构用于在沙盘上的磁性细沙球处于悬浮状态下对沙盘施加振动，以擦除绘制的沙画。本发明既能实现绘制沙画不被遮挡，提升观众欣赏沙画的体验性，又可以快速自动擦除沙画，保证沙画绘制的可重复性，还可以用于绘制带有间断的图案沙画，使得绘画的图案种类更加丰富。技术研发人员：刘莹,陈威廉,宫傲,李嘉禾,梁宜轩,卢柄州,潘尚峰,杨建新受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/1/11