【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用了單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、機(jī)電一體化，殘疾朋友只需用腳或者其他部位觸動(dòng)開(kāi)關(guān)，即可達(dá)到自動(dòng)翻書的目的。 研究的內(nèi)容 通過(guò)分析和借鑒現(xiàn)有的自動(dòng)翻書機(jī)設(shè)計(jì)，本課題設(shè)計(jì)一種能夠滿足使用要求的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線路控制簡(jiǎn)單、體積較小易攜帶、可折疊、成本低廉的自動(dòng)翻書機(jī)。該翻書機(jī)應(yīng)滿足的技術(shù)要求為： （ 1）模擬人手翻書方式，提取一頁(yè)； （ 2）書頁(yè)進(jìn)行 180176。翻轉(zhuǎn)； （ 3）復(fù)位，并夾緊書； （ 4）可攜帶，可折疊； （ 5）自動(dòng)完成翻書工作； （ 6）使用電路控制； （ 7）可使用電池工作，也可用插電方式工作； （ 8）可遙控控制。 第 7 頁(yè) 共 38 頁(yè) 本翻書機(jī) 構(gòu) 基本方案設(shè)計(jì)是使用搓紙機(jī)構(gòu)和壓頁(yè)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分來(lái)完成以上 動(dòng)作過(guò)程，并用控制電路實(shí)現(xiàn)。考慮到翻書機(jī)能夠折疊，故每個(gè)機(jī)構(gòu)都分為左右兩個(gè)機(jī)構(gòu)，以完成各側(cè)的功能。左側(cè)向右側(cè)翻轉(zhuǎn)書頁(yè)時(shí)，用左側(cè)搓紙機(jī)構(gòu)搓左側(cè)書頁(yè)，當(dāng)書頁(yè)一半脫離原位置時(shí)，左側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)壓住這側(cè)其他的書頁(yè)，防止多頁(yè)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)書頁(yè)接觸右側(cè)書頁(yè)一半時(shí)，右側(cè)側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，壓住新的書頁(yè)，從而使左側(cè)搓紙機(jī)構(gòu)順利的空回到原位置，準(zhǔn)備下一次的翻頁(yè)動(dòng)作。右側(cè)向左側(cè)翻書頁(yè)，當(dāng)書頁(yè)一半脫離原位置時(shí)，右側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)壓住這側(cè)其他的書頁(yè)，防止多頁(yè)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)書頁(yè)接觸左側(cè)書頁(yè)一半時(shí)，左側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，壓住新的書頁(yè)，從而使右側(cè)搓紙機(jī)構(gòu)順利 的空回到原位置，準(zhǔn)備下一次的翻頁(yè) 。 搓紙機(jī)構(gòu) 搓紙機(jī)構(gòu)主要是完成書頁(yè)從一側(cè)翻轉(zhuǎn)到另一側(cè)?，F(xiàn)有的許多翻書機(jī)在實(shí)現(xiàn)書頁(yè)翻轉(zhuǎn)功能時(shí)采用兩種機(jī)構(gòu)：捏紙機(jī)構(gòu)和翻頁(yè)機(jī)構(gòu)。我經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只要搓紙塊與書頁(yè)之間的摩擦力達(dá)到一定范圍，增加搓紙距離就可以將書頁(yè)翻轉(zhuǎn)過(guò)去。這樣就可以只用搓紙機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)單張書頁(yè)的移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)。 （ 1） 機(jī)構(gòu)選擇 本翻書機(jī)翻書采用直線式推進(jìn)方式。能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)有很多，但是最常見(jiàn)的機(jī)構(gòu) [是凸輪機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、齒輪 齒條機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng) [，此外，現(xiàn)在市場(chǎng) 上出現(xiàn)的工業(yè)直線執(zhí)行器也能實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。六種機(jī)構(gòu)的比較如下： 表 21 六種機(jī)構(gòu)比較 機(jī)構(gòu)名稱 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 凸輪機(jī)構(gòu) 幾乎可以實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的無(wú)限多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律?？梢詫⑼馆喌霓D(zhuǎn)動(dòng)，變換凸輪從動(dòng)件是高副接觸，壓強(qiáng)較大，易磨損，凸輪輪廓 第 8 頁(yè) 共 38 頁(yè) 為從動(dòng)件的連續(xù)或間隙的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)。 線的制造精度對(duì)動(dòng)力影響很敏感。 凸輪副對(duì)材料的選用和加工以及熱處理要求較高。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件之間是轉(zhuǎn)動(dòng)低副連接，傳動(dòng)可靠，承載能力大，耐磨性好。 能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式的變換和多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的輸出。 連桿機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副元素多為圓柱面或平 面，無(wú)需特殊機(jī)床加工，且加工精度容易得到保證。 機(jī)械效率低，有慣性力 螺旋機(jī)構(gòu) 能將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性高，且有很大的減速比；工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲，可以傳遞很大的軸向力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。 由于螺旋副為面接觸，且接觸面間的相對(duì)滑動(dòng)速度較大，故運(yùn)動(dòng)副表面摩擦、磨損較大，傳動(dòng)效率較低。 齒輪 齒條機(jī)構(gòu) 承載大；移動(dòng)速度中等 制造、安裝精度要求較高，因而成本也較高。 鏈傳動(dòng) 鏈傳動(dòng)平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確 ,傳動(dòng)效率高，軸間距離適應(yīng)范圍較大 傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，工作中有一定的沖擊和噪聲。 工業(yè)直線執(zhí)行器 易于 接線；設(shè)計(jì)緊湊，適合在較小空間內(nèi)使用；免維護(hù)；雙向，可推動(dòng)和拉動(dòng)；堅(jiān)固可靠；容易安裝，運(yùn)行僅需 2 條導(dǎo)線。 成本高 綜上：本設(shè)計(jì)主要是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易操作、經(jīng)濟(jì)性好。且考慮電氣控制設(shè)計(jì)之后，選擇曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為搓紙機(jī)構(gòu)的動(dòng)作機(jī)構(gòu)。 壓頁(yè)機(jī)構(gòu) 第 9 頁(yè) 共 38 頁(yè) 壓頁(yè)機(jī)構(gòu)也采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中，壓頁(yè)電機(jī)帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)，曲柄通過(guò)連桿推動(dòng)推桿沿滑槽做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，推桿頂端的書夾隨著推桿的運(yùn)動(dòng)做壓書動(dòng)作，曲柄旋轉(zhuǎn)一圈，壓一次書頁(yè)。為適應(yīng)厚薄不同的書本，在推桿和書夾之間安裝有彈簧，彈簧力保證書夾能夠夾持住書 頁(yè)。壓頁(yè)機(jī)構(gòu)包括曲柄、連桿、推桿、書夾、彈簧。 本翻書機(jī) 構(gòu) 基本方案設(shè)計(jì)是使用 吸附 機(jī)構(gòu) 、翻頁(yè) 機(jī)構(gòu) 和壓頁(yè)機(jī)構(gòu)三 個(gè)部分來(lái)完成以上動(dòng)作過(guò)程，并用控制電路實(shí)現(xiàn)?？紤]到翻書機(jī)能夠折疊，故每個(gè)機(jī)構(gòu)都分為左右兩個(gè) 對(duì)稱 機(jī)構(gòu)，以完成各側(cè)的功能。 本翻書機(jī)設(shè)計(jì)的動(dòng)作過(guò)程為：左側(cè)向右側(cè)翻轉(zhuǎn)書頁(yè)時(shí)，用左側(cè)吸附機(jī)構(gòu)吸起左側(cè)書頁(yè)，當(dāng)書頁(yè)一半脫離原位置時(shí)，左側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)壓住這側(cè)其他的書頁(yè)，防止多頁(yè)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)書頁(yè)接觸右側(cè)書頁(yè)一半時(shí)，右側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，壓住新的書頁(yè)，從而使左側(cè)吸附機(jī)構(gòu)順利的復(fù)位，準(zhǔn)備下一次的翻頁(yè)動(dòng)作。右側(cè)向左側(cè) 翻書頁(yè)，當(dāng)書頁(yè)一半脫離原位置時(shí)，右側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)壓住這側(cè)其他的書頁(yè)，防止多頁(yè)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)書頁(yè)接觸左側(cè)書頁(yè)一半時(shí)，左側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，壓住新的書頁(yè)，從而使右側(cè)吸附機(jī)構(gòu)順利的復(fù)位，準(zhǔn)備下一次的翻頁(yè)動(dòng)作。 吸附機(jī)構(gòu) 吸附主要作用是將書頁(yè)吸起，以便翻頁(yè)機(jī)構(gòu)將書頁(yè)翻過(guò)。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(yè)，這種機(jī)構(gòu)是通過(guò)真空泵使吸盤產(chǎn)生負(fù)壓，從而使吸盤可吸附書頁(yè)；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(yè)時(shí)可將書頁(yè)吸起，同樣達(dá)到翻頁(yè)效果。 為了節(jié)約成本和方便，這里采用我采用帶靜電 或永久磁性的吸附頭，為了能吸附不同大小的書，吸附頭采用內(nèi)套形式，可根據(jù)需要自動(dòng)的拔出或伸長(zhǎng)。 翻頁(yè)機(jī)構(gòu) 翻頁(yè)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(yè)翻過(guò)，完成書本翻頁(yè)動(dòng)作。翻頁(yè)機(jī)構(gòu)主要由翻頁(yè)片和滑桿組成，在吸附機(jī)構(gòu)吸起書頁(yè)的同時(shí)，翻頁(yè)片運(yùn)動(dòng)，從右向左，依滑桿滑動(dòng)，將書頁(yè)翻到另一面，完成翻書動(dòng)作。翻頁(yè)片由樹(shù)脂材料制作，輕巧靈便，可有效保護(hù)書籍不被劃破。翻頁(yè)片從右至左，再 第 10 頁(yè) 共 38 頁(yè) 從左至右，則完成一次翻頁(yè)動(dòng)作。為了適合不同厚度的書本，特在翻頁(yè)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(yè)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。 翻頁(yè)機(jī)構(gòu)由翻頁(yè)桿和翻頁(yè)片組成，有電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，翻頁(yè)桿上有五個(gè)槽，可供不同的需要的翻頁(yè)臂插入和拔出，為了滿足對(duì)翻不同厚度的書本的需要。 壓頁(yè)機(jī)構(gòu) 壓頁(yè)機(jī)構(gòu)也是本設(shè)計(jì)方案很重要的一部分，當(dāng)一側(cè)吸附機(jī)構(gòu)吸起紙張翻頁(yè)機(jī)構(gòu)翻過(guò)紙張后，一側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)壓住被翻過(guò)的余下的書，另一側(cè)壓頁(yè)機(jī)構(gòu)壓住翻過(guò)來(lái)的新的一頁(yè)，使得整個(gè)過(guò)程順利的進(jìn)行。 方案一： 在本設(shè)計(jì)中，翻頁(yè)電機(jī)帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)，曲柄通過(guò)連桿推動(dòng)推桿沿 滑槽做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，推桿頂端的搓紙塊隨著推桿的運(yùn)動(dòng)做搓紙和復(fù)位動(dòng)作。為適應(yīng)厚薄不同的書本，在推桿和搓紙塊之間安裝有彈簧，彈簧力如果不能保證搓紙塊與書頁(yè)之間的摩擦力，那么就會(huì)出現(xiàn)不能實(shí)現(xiàn)書頁(yè)翻轉(zhuǎn)的誤操作。還有如果搓紙塊與書頁(yè)之間的摩擦力不能達(dá)到一定的范圍，搓紙距離不合適，就不能將書頁(yè)翻轉(zhuǎn)過(guò)去，也同樣產(chǎn)生不能使書頁(yè)順利翻轉(zhuǎn)的誤操作。本方案要精確的計(jì)算曲柄滑塊各機(jī)構(gòu)的尺寸，計(jì)算過(guò)程也相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。最重要的不足之處是不容易實(shí)現(xiàn)對(duì)不同大小、厚度書本的翻頁(yè)。 方案二：本方案有以下特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作；②系統(tǒng)設(shè) 計(jì)計(jì)算比較簡(jiǎn)單；③由于采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，容易實(shí)現(xiàn)所需要的運(yùn)動(dòng)；④采用的吸附機(jī)構(gòu)是嵌套的形式，能夠隨便的拔出和伸進(jìn)， 不僅能夠翻不同材料、不同厚度和不同大小的書頁(yè)，而且不會(huì)損壞紙張。 ；⑤翻頁(yè)臂上有五個(gè)不同的導(dǎo)向槽，可供翻頁(yè)片的插入，滿足對(duì)不同厚度的書本的翻頁(yè)。 綜上：為了滿足對(duì)本設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，實(shí)現(xiàn)不同大小、厚度的書本的翻頁(yè)，而且 對(duì)書本沒(méi)有太大磨損，造成損壞書本的后果， 經(jīng)過(guò)對(duì)以上兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較之后，最后決定選擇第二種方案為本設(shè)計(jì)所采取的最終方案。 第 11 頁(yè) 共 38 頁(yè) 翻書動(dòng)作方案 確定 自動(dòng)翻書機(jī)的功能就是代替人手完成書頁(yè)的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。在翻書的過(guò)程中，人們主要完成的動(dòng)作是把書頁(yè)從一側(cè)翻動(dòng)到另一側(cè)，即相當(dāng)于在書頁(yè)的移動(dòng)過(guò)程中伴隨著書頁(yè)繞其裝訂邊翻轉(zhuǎn) 180 度。 本翻書機(jī)設(shè)計(jì)的動(dòng)作過(guò)程為：左側(cè)向右側(cè)翻轉(zhuǎn)書頁(yè)時(shí)，用左側(cè)吸附機(jī)構(gòu)吸起左側(cè)書頁(yè)，當(dāng)書頁(yè)一半脫離原位置時(shí)，左側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)壓住這側(cè)其他的書頁(yè)，防止多頁(yè)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)書頁(yè)接觸右側(cè)書頁(yè)一半時(shí)，右側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，壓住新的書頁(yè)，從而使左側(cè)吸附機(jī)構(gòu)順利的復(fù)位，準(zhǔn)備下一次的翻頁(yè)動(dòng)作。右側(cè)向左側(cè)翻書頁(yè)，當(dāng)書頁(yè)一半脫離原位置時(shí)，右側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)壓住這側(cè)其他的書頁(yè) ，防止多頁(yè)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)書頁(yè)接觸左側(cè)書頁(yè)一半時(shí)，左側(cè)的壓頁(yè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，壓住新的書頁(yè)，從而使右側(cè)吸附機(jī)構(gòu)順利的復(fù)位，準(zhǔn)備下一次的翻頁(yè)動(dòng)作。 本翻書機(jī)基本方案設(shè)計(jì)是使用固定執(zhí)行機(jī)構(gòu)和翻書執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分來(lái)完成以上動(dòng)作過(guò)程，并用控制電路實(shí)現(xiàn)?？紤]到翻書機(jī)能夠折疊，故每個(gè)機(jī)構(gòu)都分為左右兩個(gè)機(jī)構(gòu)，以完成各側(cè)的功能。 自動(dòng)翻書機(jī)設(shè)計(jì)要求 ：將任何一本書放置好以后，能夠保證固定在儀器上不會(huì)掉下來(lái)或者自動(dòng)合上。同時(shí)要能保證隨意將書本放置和取出； ：最終目的就是能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)翻頁(yè)，這里所謂的自動(dòng)翻頁(yè) ，是指可通過(guò)控制按照需求進(jìn)行自動(dòng)翻頁(yè)，翻頁(yè)包括前翻和后翻； ：采用電機(jī)； ：不能對(duì)書本有太大磨損，否則會(huì)損壞書本，減少使用率； ：不同的書本，應(yīng)該都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻頁(yè)，因此要求使用的翻頁(yè)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)。 第 12 頁(yè) 共 38 頁(yè) 自動(dòng)翻書機(jī)原始參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 驅(qū)動(dòng)方式 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 翻頁(yè)速度 12頁(yè) /分鐘 可掃描書本 16K和 32K頁(yè)面 長(zhǎng)寬高 600 400 800mm 自重 自動(dòng)翻書機(jī)系統(tǒng)方案 根據(jù)對(duì)翻書動(dòng)作的確定和設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，初步設(shè)計(jì)了如下圖圖 1 所示的自動(dòng)翻書機(jī)系統(tǒng)示意圖，它主要由固定執(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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)五部分構(gòu)成。 圖 書本固定夾 固定執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于保證書本翻頁(yè)掃描過(guò)程中不發(fā)生滑動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)翻頁(yè)的流程可知，只要對(duì)書本左右兩端固定，可有效防止整體書本滑動(dòng)，對(duì)書頁(yè)上端進(jìn)行鋼性固定，可在翻頁(yè)的同時(shí)固定未執(zhí)行翻頁(yè)操作的書頁(yè)，防止干擾正在執(zhí)行的翻書操作。 第 13 頁(yè) 共 38 頁(yè) 如圖 2 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(dòng)。在翻書工作前，先將書本封面翻開(kāi)，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(dòng)，便于夾持不同大小的書本，方便可靠。它的腳下那有一個(gè)Φ 5 的螺紋孔，一共螺栓插入，達(dá)到固定它的作用。 圖 書本固定夾 支撐板 支撐板是設(shè)計(jì)中重要的一部分，它是書本放置和固定的地方，也是整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程順利進(jìn)行的保證，參考實(shí)際常見(jiàn)書本的大小，設(shè)計(jì)該支撐板為長(zhǎng)為 600mm、寬為 400mm、高為 800mm 的長(zhǎng)方體，順著長(zhǎng)度的方向?qū)ΨQ有寬 30mm、高 20mm 的矩形，這是因?yàn)橐陂L(zhǎng)度方向和高度方向打孔，用以連接翻頁(yè)臂上的孔與電動(dòng)機(jī)軸的主軸，凸輪孔和電動(dòng)機(jī)主軸的連接。還有壓頁(yè)支撐座的固定。板中心也有螺紋孔，用來(lái)和腳架子的相互固定。 第 14 頁(yè) 共 38 頁(yè) 圖 支撐板 2.. 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(yè)吸起，以便翻頁(yè)機(jī)構(gòu)將書頁(yè)翻過(guò)。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(yè)，這種機(jī)構(gòu)是通過(guò)真空泵使吸盤產(chǎn)生負(fù)壓，從而使吸盤可吸附書頁(yè)；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(yè)時(shí)可將書頁(yè)吸起，同樣達(dá)到翻頁(yè)效果。 第 15 頁(yè) 共 38 頁(yè) 圖 (a) 采用帶靜電或強(qiáng)磁的吸附頭 靜電吸附現(xiàn)象的原理是當(dāng)一個(gè)帶有靜電的物體靠