自動翻書機(jī)方案說明書

1、機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)說明書自動翻書機(jī)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 自動翻書機(jī)設(shè)計(jì)要求a.書本固定：將任何一本書放置好以后，能夠保證固定在儀器上不會掉下來或者自動合上。同時(shí)要能保證隨意將書本放置和取出；b.自動翻頁：最終目的就是能夠?qū)崿F(xiàn)自動翻頁，這里所謂的自動翻頁，是指可通過控制按照需求進(jìn)行自動翻頁，翻頁包括前翻和后翻；c.動力：采用電機(jī)；d.紙張保護(hù)：不能對書本有太大磨損，否則會損壞書本，減少使用率；e.適應(yīng)能力：不同的書本，應(yīng)該都能實(shí)現(xiàn)自動翻頁，因此要求使用的翻頁機(jī)要有自適應(yīng)能力，可以考慮靜電力（或磁力）可調(diào)的機(jī)構(gòu)。1.2 自動翻書機(jī)原始參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)驅(qū)動方式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動翻頁速度12頁/分鐘可

2、掃描書本16K和32K頁面長寬高600400800mm自重8.5Kg2 自動翻書機(jī)系統(tǒng)方案圖1 自動翻書機(jī)系統(tǒng)裝配圖如上圖圖1所示，是自動翻書機(jī)系統(tǒng)裝配圖，主要由固定執(zhí)行機(jī)構(gòu)、翻書執(zhí)行機(jī)構(gòu)、升降執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電機(jī)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和自動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)五部分構(gòu)成。圖2 自動翻書機(jī)系統(tǒng)翻頁示意圖2.1 固定執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于保證書本翻頁掃描過程中不發(fā)生滑動現(xiàn)象。根據(jù)翻頁的流程可知，只要對書本左右兩端固定，可有效防止整體書本滑動，對書頁上端進(jìn)行鋼性固定，可在翻頁的同時(shí)固定未執(zhí)行翻頁操作的書頁，防止干擾正在執(zhí)行的翻書操作。如圖3所示為書本固定夾，其主要作用是固定書本，防止在工作中其他原因使得書本滑動。在翻書

3、工作前，先將書本封面翻開，并將前后封面固定在書本固定夾。在翻書機(jī)支撐板中央部位，即在書本固定夾工作方向有凹槽，可用于書本固定夾的前后移動，便于夾持不同大小的書本，方便可靠。圖3 書本固定夾2.2 翻書執(zhí)行機(jī)構(gòu)翻書執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括吸附機(jī)構(gòu)和翻頁機(jī)構(gòu)。2.2.1 吸附機(jī)構(gòu)吸附機(jī)構(gòu)是翻書機(jī)重要部件之一，主要作用是將書頁吸起，以便翻頁機(jī)構(gòu)將書頁翻過。吸附機(jī)構(gòu)可有兩種方案：一是采用真空吸盤進(jìn)行吸附書頁，這種機(jī)構(gòu)是通過真空泵使吸盤產(chǎn)生負(fù)壓，從而使吸盤可吸附書頁；二是采用帶靜電或者永久磁性的吸附頭，該吸附頭在接觸書頁時(shí)可將書頁吸起，同樣達(dá)到翻頁效果。靜電吸附現(xiàn)象的原理是當(dāng)一個(gè)帶有靜電的物體靠近另一個(gè)不帶靜電的物

4、體時(shí)，由于靜電感應(yīng)，沒有靜電的物體內(nèi)部靠近帶靜電物體的一邊回產(chǎn)生與帶電物體所攜帶電荷相反極性的電荷（另一側(cè)產(chǎn)生相同數(shù)量的同極性電荷），由于異性電荷互相吸引，就會表現(xiàn)出“靜電吸附”現(xiàn)象。為了適合不同大小的書籍，對按照吸附頭的吸附桿進(jìn)行了設(shè)計(jì)，將吸附桿設(shè)計(jì)為兩節(jié)內(nèi)套式， 圖4 真空泵工作原理 可以很方便的抽出推入，使得吸附頭對于不同大小頁面的書籍都能有效吸附。圖5 采用帶靜電或強(qiáng)磁的吸附頭為了使得吸附頭能有效吸附書頁，每次吸附時(shí)，吸附頭都需盡可能接近書頁，以便更好的準(zhǔn)確吸附，所以在吸附桿基座部分設(shè)置凸輪機(jī)構(gòu)，用來使吸附桿進(jìn)行上下運(yùn)動，且保證吸附頭間斷性長時(shí)間停留在未吸附狀態(tài)，使得翻頁片能正常工作。

5、圖6 吸附桿上下運(yùn)動吸附機(jī)構(gòu)2.2.2 翻頁機(jī)構(gòu)翻頁機(jī)構(gòu)也是翻書機(jī)的重要部件之一，其主要作用是將吸附機(jī)構(gòu)吸起的書頁翻過，完成書本翻頁動作。翻頁機(jī)構(gòu)主要由翻頁片和滑桿組成，在吸附機(jī)構(gòu)吸起書頁的同時(shí)，翻頁片運(yùn)動，從右向左，依滑桿滑動，將書頁翻到另一面，完成翻書動作。翻頁片由樹脂材料制作，輕巧靈便，可有效保護(hù)書籍不被劃破。翻頁片從右至左，再從左至右，則完成一次翻頁動作。為了適合不同厚度的書本，特在翻頁片基部設(shè)置導(dǎo)向槽機(jī)構(gòu)，在需要調(diào)整高度的時(shí)候，可將翻頁片拔出，插入相應(yīng)高度的導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽共設(shè)置五個(gè)，以供不同厚度的書籍。圖7 翻頁片導(dǎo)向槽機(jī)構(gòu)2.3 升降執(zhí)行機(jī)構(gòu)本設(shè)計(jì)中的升降機(jī)構(gòu)和翻書機(jī)構(gòu)在工作中需要

6、協(xié)同合作，即在單向翻書中，會使書本由厚到薄，而在翻書過程中，只有使翻書片、吸附頭和目標(biāo)頁面的位置處于一定范圍之內(nèi)，才能保證翻書動作高質(zhì)量的執(zhí)行，因此本設(shè)計(jì)中的升降可調(diào)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)需要對書頁厚度的變化做出自動調(diào)整。具體方案見本文的控制部分。翻書片是否進(jìn)入吸起書頁的下面是正確翻書的前提，發(fā)生失誤的原因一般都是吸附機(jī)構(gòu)未能將書頁吸起引起，因此，系統(tǒng)只要控制協(xié)調(diào)好吸附機(jī)構(gòu)、翻書機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)之間的位置關(guān)系，就可基本避免翻頁的失誤。2.4 自動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制執(zhí)行部分分為翻書機(jī)構(gòu)控制和升降機(jī)構(gòu)的控制，以及對電機(jī)驅(qū)動進(jìn)行的時(shí)序控制。其關(guān)鍵是要注意各個(gè)控制信號的時(shí)序變化，否則就會產(chǎn)生誤操作。采用8253外部計(jì)數(shù)

7、器輸出PWM信號對翻書機(jī)控制，可減少誤信號的產(chǎn)生。本設(shè)計(jì)中，當(dāng)翻頁機(jī)構(gòu)處于工作狀態(tài)即被翻書頁運(yùn)動其余被固定的狀態(tài)，需8253計(jì)數(shù)器提供周期為20ms、脈寬為1.5ms的PWM信號；閑置狀態(tài)時(shí)PWM信號脈寬變?yōu)?.7ms即可。對步進(jìn)電機(jī)的控制采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，通過單片機(jī)發(fā)送周期脈沖控制信號來實(shí)現(xiàn)。升降機(jī)構(gòu)需對書頁厚度的變化做出自動調(diào)整，才能保證翻書動作正確執(zhí)行。一般普通書本頁碼厚度在0.050.08mm之間，由于升降機(jī)構(gòu)升降精度等原因，不能做到每翻一頁就調(diào)整高度，因此在本控制中，設(shè)計(jì)為每翻10頁，升降機(jī)構(gòu)就下降0.5mm。這樣，對于0.08mm厚度的書頁，在連續(xù)下降3次后，累計(jì)誤差已達(dá)到1mm

8、左右。 2.5 電機(jī)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè) 步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。步進(jìn)電機(jī)是電機(jī)一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在

9、實(shí)際工作中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。此次選取的步進(jìn)電機(jī)型號為Y80M1-2，其功率為0.75KW，馬力1hp，電流1.8A，轉(zhuǎn)速2825r/min，效率75.0%，功率因數(shù)0.84，額定轉(zhuǎn)矩2.2Nm，額定電流6.5A，重量17Kg。3 真空泵的選取根據(jù)密封長度，真空容積確定真空系統(tǒng)總漏氣量根據(jù)密封長度估計(jì)泄漏量：假設(shè)裝置密封情況正常，取k=0.2g/(h.m)根據(jù)真空容積估算泄漏量，（2）計(jì)算總抽氣量Q（3）計(jì)算抽氣速率空氣的相對分子質(zhì)量（4）將換算成泵廠樣品規(guī)定條件下的抽氣速率（5）根據(jù)抽氣速率和真空度要求，擬選用2BE1 1530真空泵，其抽氣速率在20Kpa下，S=9.22