普通自动翻书机毕业设计说明书

普通自动翻书机 【摘要】 本论文涉及一个自动翻书机。本设计主要是为不便于用手翻书的残疾人、伤员、乐队指挥，演奏者等特殊人群设计的一种可以用脚或者其他部位进行控制的便携、廉价的自动翻书机此设计着重突出便携、廉价的特点通过分析此翻书机的设计要求等各方面的限制因素，采用玩具设计方式，以简单安全作为此设计的设计原则，设计了翻书机的基本结构。设计过程中参考了此类特殊人群的众多建议，力求操作简单便捷，降低成本费用。 【关键词】：助残；翻书机；吸纸式The ordinary automatic open book machine Abstract This paper relates to an automatic open book machine . This design is not easy to hand turning a disabled , wounded, bandleader , performers and other special people .The group designed a portable control their feet or other parts of the cheap automatically open book .The design highlight portable, cheap . By analyzing the limiting factor of this open book machine design requirements and other aspects of toys designed to simplifySingle security as design , design principles , design the basic structure of the open book . Reference to such special populations in a number of recommendations in the design process , and strive to operateConvenient, reduce costs . Keywords: disabled ; open book ; pinch -paper目 录目 录11. 前言11.1课题研究的意义11.3.1 国外技术研究概况21.3.2国内技术研究概况31.3.3 国外技术研究现状51.4 该新型自动翻页器的技术指标及创新51.4.1 该新型自动翻页器的技术指标51.4.2 创新点71.5本课题研究的内容72.设计方案92.1方案一92.1.1搓纸机构92.1.2压页机构112.2方案二112.2.1吸附机构122.2.2翻页机构122.2.3压页机构122.3方案比较132.4自动翻书机结构设计132.4.1翻书动作方案确定132.4.2 自动翻书机设计要求142.4.3 自动翻书机原始参数142.4.4自动翻书机系统方案152.4.5书本固定夹15 2.4.6支撑板16 2.4.7 吸附机构172.4.8翻页机构192.4.9压页机构202.4.10 升降执行机构212.4.11自动控制执行机构222.5 机体设计233. 自动翻书机电气控制设计243.1 电气控制电路设计243.1.1电机选择243.1.2 电气控制系统设计应注意的问题243.1.3 电气控制线路设计263.2 PLC的控制293.2.1 IO接线图293.2.2 IO地址303.2.3 梯形图303.2.4 指令语313.3供电方式设计333.3.1 插电工作方式333.3.2 电池供电344. 总结35致 谢36参考文献371. 前言1.1课题研究的意义电子读物大行其道的今天，仍有许多人偏爱纸质书籍，习惯是很难改变的，尤其是在你不想改变的时候。随着时代的进步和科技的发展，人们对弱势群体的关注不仅仅在于丰富他们的物质生活，而且深入到怎么满足他们的精神需求。对于双手残疾的朋友们来说，想要看书相对比较困难。这是因为他们无法像正常人一样用手翻书。虽然报刊杂志报道曾有残疾朋友历尽千辛万苦学会用脚翻书，但是书离眼睛的距离太远，不利于阅读。虽然他们也可以选择用电脑和特质的鼠标阅读电子书，但是长时间面对电脑会对眼睛造成一定的伤害，而且不太经济，同样，对于双手被束缚的伤员来说翻书这样简单的动作也成为一个很不方便的事情。于是，自动翻书机应需而生。查阅现有的国内外自动翻书装置，发现有的是通过机械操纵实现翻书功能，有的是通过机电控制实现，但是控制电路比较复杂。所以如果能在已有技术基础上设计一款结构简单紧凑、自动控制电路简单、可折叠易携带、价格低的翻书机，一定很有市场发展前景。1.2前景分析 该设计的市场前景看好。因为第一该设计符合设计要求，可以较好的完成自动翻不同大小，不同厚度的书籍的动作。能够很好地满足双手残疾的朋友看书学习的需求。第二该设计全部由简单的零件组成，加工工艺要求不高，而且部分使用标准件，互换性好。第三，该设计成本低廉，厂家有一定的利润空间。另外，自动翻书机不仅可以供手臂残疾者使用，更可以供那些因某种原因不方便用手翻书的人使用，如因病暂时无法使用双手的人群。因此我们的作品具有非常广阔的应用前景。 1.3 国内外研究概况1.3.1 国外技术研究概况目前正式走进市场的自动翻书机为数不多，最具代表是BOOK TIME 5000自动翻书机。BOOK TIME 5000自动翻书机（如图1-1所示）是国外最具代表性的一款翻书机。这台自动翻书机大小和21寸电视机相仿，适用于大部分规格的书籍，按钮控制翻页。同时也具备自动模式，翻页间隔时间可随意调整。价格高达3000美金。此翻书机过于庞大，不够简便，而且价格过于昂贵，对于大部分人不能接受他的价格。图1-1 BOOK TIME 5000自动翻书机图1-2远程控制的page-turner远程控制的page-turner（见图1-2）的特点： （1）根据纸质，薄厚自动调节 （2）可以选择直接操作，如果用户能操作远程控制器的按钮（或其他辅助装置），否则，自动扫描操作。 （3）选择灯的明暗程度 （4）交流装置和环境控制单元同样可连接上 （5）此装置如果安装在架子上则可移动并且可以调节角度。1.3.2国内技术研究概况国内对自动翻页机的研究较多，大体可分为以下三类1：（1）阅读架自动翻页机一种阅读架自动翻页装置，它包括一架板及其周边上的若干夹具，一在架板上角的弹片，一在架板上方中央的旋转头及其中间的一凹槽，两摆臂则以其后段活动轴接在凹槽中，其中第一和第二摆臂尾端各藉一拉持件分别固定在旋转头右、左侧的架板上，第一摆臂前端有一吸纸构件。当吸纸构件吸纸时，即由旋转头使两摆臂同时转至架板另一侧，吸纸构 件即松开纸，同时在拉持件作用下，使第一、二摆臂分别上、下移，以卡持已被翻之纸。 （2） 脚踏式自动翻页谱架 在已有谱架的基础上，支脚上设踏板和滑轮组，斜置板的支撑面上设转轴，该轴上有摆杆和重锤，穿经滑轮组，一端与踏板连接，另一端与转轴固定。下踩踏板，传动绳带动转轴，使摆杆由一侧翻转到谱板另一侧，松开踏板，重锤作用，摆杆回转，随即带动乐谱纸张翻页。本实用新型实现脚动式自动翻页，可保证演奏者或指挥者的双手自始至终可用于演奏或指挥，结构简单，使用方便。（3）自动翻页器 本实用新型提供一种自动翻页器， 它是一个盒体。 书刊展放在盒面上， 用真空吸盘吸附书页，靠旋臂带动书页偏转，旋臂是装在传动轴上，传动轴上还带有三只凸轮，其中一只凸轮与电磁铁连使轴偏转，一只凸轮带动真空泵使吸盘产生负压，另一只凸轮控制活动夹的张开和压紧。电磁铁的控制，根据使用情况选配，供无手指功能的人和演奏、打字专业人员自动翻页。此外还出现了很多专利和新型设计。如王侃设计的自动翻书机，采用自动控制电路控制前翻页、后翻页、复位等功能，对书页的幅面具有很好的适应性，调节方便。吴永立、吴毓湘设计的自动翻页器，是一个盒体。书刊展放在盒面上，用真空吸盘吸附书页，靠旋臂带动书页偏转，旋臂是装在传动轴上，传动轴上还带有三只凸轮，其中一只凸轮与电磁铁连接使轴偏转，一只凸轮带动真空泵使吸盘产生负压，另一只凸轮控制活动夹的张开和压紧。电磁铁的控制，根据使用情况选配，供无手指功能的人和演奏、打字专业人员自动翻页。李俊儒设计的自动翻页器包括书档、托书板和翻压臂，所述书档内设有齿轮机构、主电机，以及供齿轮机构作往返运动的引导机构；所述翻压臂的一端通过枢轴与齿轮机构活动枢接，另一端装有翻页轮，该翻页轮通过蜗杆与书档内的齿轮机构联动。另外，翻压臂上还设有用于压书页的磁铁和用于检测页边的屋顶型反射镜，可以有效防止翻页过程中出现的重复翻页动作。苏杰、闫洪波等设计的自动翻书器由载书台、控制箱组成。载书台由电磁式书夹和载书板构成。控制箱由吸纸装置、翻页装置（同步带、同步带轮、翻书棒）、电动机和控制电路构成。1.3.3 国外技术研究现状 1根据纸质，薄厚自动调节 2可以选择直接操作，如果用户能操作远程控制器的按钮（或其他辅助装置），否则，自动描操作。 3选择灯的明暗程度 4交流装置和环境控制单元同样可连接上 5. 此装置如果安装在架子上则可移动并且可以调节角度1.4 该新型自动翻页器的技术指标及创新1.4.1 该新型自动翻页器的技术指标我们在设计时主要考虑以下因素：a. 书本固定：将任何一种书放置好以后，能够保证固定在仪器上不会掉下来或者自动合上。同时要能保证利于老年人和残疾人进行书本放置和取出。b. 自动翻页：最终目的就是能够实现自动翻页，这里所谓的自动翻页，是指当使用者按下手上的遥控器的翻页按钮以后可以按照需求实现自动翻页。这还不属于全自动（全自动应该可以遥控或者视线跟踪，那要求太高，并且有可能反而导致不方便），翻页方向包括前翻和后翻。C .动力问题：采用不同的电动机，虽在功能上没有什么影响，但对整体的性能评价确有很大的关系；他还关系到翻页是否方便。d. 障碍处理：遇到强障碍能够实现自保护功能。e. 遥控器：应该可以实现电动机的软驱动，上边至少包括三个按钮。一个是向前翻页，一个是向后翻页，还有一个是启动和关闭按钮。f. 翻页速度：最初设计对翻页速度不加什么要求，但是不能过慢，应该在3 秒之内完成一次翻页。并且翻完页后要能回到初始位置，保证下一页的顺利翻成。g. 纸张保护：不能对书本有太大的磨损，否则会损坏书本，减少使用率。h. 环保意识：噪音控制和对其他人影响是需要考虑的很重要问题。i. 适应能力：比较起不同的书本，应该都可以实现翻页，因此要求使用的翻页机要具有自适应能力，可以考虑静电量（或磁力）可调的机构。j.操作人员的舒适度 1.读者阅读距离可调节：遥控到支撑板的距离应该可以根据不同使用者的使用要求和环境调节，减少不必要的弯腰或者仰头，使得尽可能让使用者感到舒适。 2.适合的材料和背景色：根据经验，制作支撑板的材料应该采用树脂板材，这样比较轻但是很结实，负重比较大，并且对吸头的静电和磁性影响很小。至于背景颜色，可以根据用户的喜好进行喷染（默认为白色）。 3.遥控器和支撑板设计符合人的感受特点：一般情况下，人的视觉区在水平方向120 度，最佳视区在为中心区10 度。支撑板视距最好在50cm 左右，且注意不同钮的颜色区分。1.4.2 创新点 1.在吸页装置的设计上，根据流体力学的基本原理，使用废弃的电脑排风扇制作出效果显著的吸纸装置。该装置巧妙地将流体力学的基本原理与机械动作结合在一起，实现起来非常容易。不仅能够翻不同材料、不同厚度的书页，而且不会损坏纸张。 2.在翻书装置中的翻书棒的动作的设计上，是由同步带的传动使固定在同步带上的翻书棒平动，翻页平稳，能有效地将书页翻到另一边。 3.在书夹的设计上，我们设计的电磁式书夹是首创。该书夹巧妙地将夹子的机械部分和电磁铁结合在一起，只需通断电就可以控制书夹的开合。 4.在书夹的滑槽设计上，以往作品采用平行于底边开槽的设计思路。而我们设计出槽，对于不同大小的书，夹的位置显得更加合理，既能夹不同大小的书且不影响吸纸装置吸页。 5.相对于纯机械的翻书机，我们的设计使用了单片机控制，实现了自动化、机电一体化，残疾朋友只需用脚或者其他部位触动开关，即可达到自动翻书的目的。1.5本课题研究的内容通过分析和借鉴现有的自动翻书机设计，本课题设计一种能够满足使用要求的结构简单、线路控制简单、体积较小易携带、可折叠、成本低廉的自动翻书机。该翻书机应满足的技术要求为：（1）模拟人手翻书方式，提取一页；（2）书页进行180翻转；（3）复位，并夹紧书；（4）可携带，可折叠；（5）自动完成翻书工作；（6）使用电路控制；（7）可使用电池工作，也可用插电方式工作；（8）可遥控控制。2.设计方案2.1方案一本翻书机构基本方案设计是使用搓纸机构和压页机构两个部分来完成以上动作过程，并用控制电路实现。考虑到翻书机能够折叠，故每个机构都分为左右两个机构，以完成各侧的功能。左侧向右侧翻转书页时，用左侧搓纸机构搓左侧书页，当书页一半脱离原位置时，左侧的压页机构压住这侧其他的书页，防止多页翻转。当书页接触右侧书页一半时，右侧侧的压页机构动作，压住新的书页，从而使左侧搓纸机构顺利的空回到原位置，准备下一次的翻页动作。右侧向左侧翻书页，当书页一半脱离原位置时，右侧的压页机构压住这侧其他的书页，防止多页翻转。当书页接触左侧书页一半时，左侧的压页机构动作，压住新的书页，从而使右侧搓纸机构顺利的空回到原位置，准备下一次的翻页。2.1.1搓纸机构 搓纸机构主要是完成书页从一侧翻转到另一侧。现有的许多翻书机在实现书页翻转功能时采用两种机构：捏纸机构和翻页机构。我经过多次试验，发现只要搓纸块与书页之间的摩擦力达到一定范围，增加搓纸距离就可以将书页翻转过去。这样就可以只用搓纸机构即可实现单张书页的移动、翻转。 （1） 机构选择 本翻书机翻书采用直线式推进方式。能够实现往复直线运动的机构有很多，但是最常见的机构是凸轮机构、曲柄滑块机构、螺旋机构、齿轮-齿条机构、链传动，此外，现在市场上出现的工业直线执行器也能实现直线运动。六种机构的比较如下：表2-1 六种机构比较机构名称优点缺点凸轮机构几乎可以实现从动件的无限多种运动规律。可以将凸轮的转动，变换为从动件的连续或间隙的往复运动或摆动。凸轮从动件是高副接触，压强较大，易磨损，凸轮轮廓线的制造精度对动力影响很敏感。凸轮副对材料的选用和加工以及热处理要求较高。曲柄滑块机构连杆机构构件之间是转动低副连接，传动可靠，承载能力大，耐磨性好。能实现多种运动形式的变换和多种运动规律的输出。连杆机构中运动副元素多为圆柱面或平面，无需特殊机床加工，且加工精度容易得到保证。机械效率低，有惯性力螺旋机构能将回转运动变换为直线运动。运动准确性高，且有很大的减速比；工作平稳、无噪声，可以传递很大的轴向力。结构简单，制造方便。由于螺旋副为面接触，且接触面间的相对滑动速度较大，故运动副表面摩擦、磨损较大，传动效率较低。齿轮-齿条机构承载大；移动速度中等制造、安装精度要求较高，因而成本也较高。链传动链传动平均传动比准确,传动效率高，轴间距离适应范围较大传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。工业直线执行器易于接线；设计紧凑，适合在较小空间内使用；免维护；双向，可推动和拉动；坚固可靠；容易安装，运行仅需2条导线。成本高 综上：本设计主要是结构简单紧凑、易操作、经济性好。且考虑电气控制设计之后，选择曲柄滑块机构作为搓纸机构的动作机构。2.1.2压页机构 压页机构也采用曲柄滑块机构。在本设计中，压页电机带动曲柄旋转，曲柄通过连杆推动推杆沿滑槽做往复直线运动，推杆顶端的书夹随着推杆的运动做压书动作，曲柄旋转一圈，压一次书页。为适应厚薄不同的书本，在推杆和书夹之间安装有弹簧，弹簧力保证书夹能够夹持住书页。压页机构包括曲柄、连杆、推杆、书夹、弹簧。2.2方案二 本翻书机构基本方案设计是使用吸附机构、翻页机构和压页机构三个部分来完成以上动作过程，并用控制电路实现。考虑到翻书机能够折叠，故每个机构都分为左右两个对称机构，以完成各侧的功能。本翻书机设计的动作过程为：左侧向右侧翻转书页时，用左侧吸附机构吸起左侧书页，当书页一半脱离原位置时，左侧的压页机构压住这侧其他的书页，防止多页翻转。当书页接触右侧书页一半时，右侧的压页机构动作，压住新的书页，从而使左侧吸附机构顺利的复位，准备下一次的翻页动作。右侧向左侧翻书页，当书页一半脱离原位置时，右侧的压页机构压住这侧其他的书页，防止多页翻转。当书页接触左侧书页一半时，左侧的压页机构动作，压住新的书页，从而使右侧吸附机构顺利的复位，准备下一次的翻页动作。2.2.1吸附机构 吸附主要作用是将书页吸起，以便翻页机构将书页翻过。吸附机构可有两种方案：一是采用真空吸盘进行吸附书页，这种机构是通过真空泵使吸盘产生负压，从而使吸盘可吸附书页；二是采用带静电或者永久磁性的吸附头，该吸附头在接触书页时可将书页吸起，同样达到翻页效果。为了节约成本和方便，这里采用我采用带静电或永久磁性的吸附头，为了能吸附不同大小的书，吸附头采用内套形式，可根据需要自动的拔出或伸长。2.2.2翻页机构 翻页机构也是翻书机的重要部件之一，其主要作用是将吸附机构吸起的书页翻过，完成书本翻页动作。翻页机构主要由翻页片和滑杆组成，在吸附机构吸起书页的同时，翻页片运动，从右向左，依滑杆滑动，将书页翻到另一面，完成翻书动作。翻页片由树脂材料制作，轻巧灵便，可有效保护书籍不被划破。翻页片从右至左，再从左至右，则完成一次翻页动作。为了适合不同厚度的书本，特在翻页片基部设置导向槽机构，在需要调整高度的时候，可将翻页片拔出，插入相应高度的导向槽，导向槽共设置五个，以供不同厚度的书籍。翻页机构由翻页杆和翻页片组成，有电动机带动转动，翻页杆上有五个槽，可供不同的需要的翻页臂插入和拔出，为了满足对翻不同厚度的书本的需要。2.2.3压页机构 压页机构也是本设计方案很重要的一部分，当一侧吸附机构吸起纸张翻页机构翻过纸张后，一侧的压页机构压住被翻过的余下的书，另一侧压页机构压住翻过来的新的一页，使得整个过程顺利的进行。2.3方案比较 方案一：在本设计中，翻页电机带动曲柄旋转，曲柄通过连杆推动推杆沿滑槽做往复直线运动，推杆顶端的搓纸块随着推杆的运动做搓纸和复位动作。为适应厚薄不同的书本，在推杆和搓纸块之间安装有弹簧，弹簧力如果不能保证搓纸块与书页之间的摩擦力，那么就会出现不能实现书页翻转的误操作。还有如果搓纸块与书页之间的摩擦力不能达到一定的范围，搓纸距离不合适，就不能将书页翻转过去，也同样产生不能使书页顺利翻转的误操作。本方案要精确的计算曲柄滑块各机构的尺寸，计算过程也相当的复杂。最重要的不足之处是不容易实现对不同大小、厚度书本的翻页。 方案二：本方案有以下特点：结构简单，易操作；系统设计计算比较简单；由于采用对称设计，系统运动平稳，容易实现所需要的运动；采用的吸附机构是嵌套的形式，能够随便的拔出和伸进，不仅能够翻不同材料、不同厚度和不同大小的书页，而且不会损坏纸张。；翻页臂上有五个不同的导向槽，可供翻页片的插入，满足对不同厚度的书本的翻页。综上：为了满足对本设计任务的要求，实现不同大小、厚度的书本的翻页，而且对书本没有太大磨损，造成损坏书本的后果，经过对以上两个方案的优缺点比较之后，最后决定选择第二种方案为本设计所采取的最终方案。2.4自动翻书机结构设计2.4.1翻书动作方案确定自动翻书机的功能就是代替人手完成书页的翻转动作。在翻书的过程中，人们主要完成的动作是把书页从一侧翻动到另一侧，即相当于在书页的移动过程中伴随着书页绕其装订边翻转180度。本翻书机设计的动作过程为：左侧向右侧翻转书页时，用左侧吸附机构吸起左侧书页，当书页一半脱离原位置时，左侧的压页机构压住这侧其他的书页，防止多页翻转。当书页接触右侧书页一半时，右侧的压页机构动作，压住新的书页，从而使左侧吸附机构顺利的复位，准备下一次的翻页动作。右侧向左侧翻书页，当书页一半脱离原位置时，右侧的压页机构压住这侧其他的书页，防止多页翻转。当书页接触左侧书页一半时，左侧的压页机构动作，压住新的书页，从而使右侧吸附机构顺利的复位，准备下一次的翻页动作。本翻书机基本方案设计是使用固定执行机构和翻书执行机构两个部分来完成以上动作过程，并用控制电路实现。考虑到翻书机能够折叠，故每个机构都分为左右两个机构，以完成各侧的功能。2.4.2 自动翻书机设计要求a.书本固定：将任何一本书放置好以后，能够保证固定在仪器上不会掉下来或者自动合上。同时要能保证随意将书本放置和取出；b.自动翻页：最终目的就是能够实现自动翻页，这里所谓的自动翻页，是指可通过控制按照需求进行自动翻页，翻页包括前翻和后翻；c.动力：采用电机；d.纸张保护：不能对书本有太大磨损，否则会损坏书本，减少使用率；e.适应能力：不同的书本，应该都能实现自动翻页，因此要求使用的翻页机要有自适应能力，可以考虑静电力（或磁力）可调的机构。2.4.3 自动翻书机原始参数项目参数驱动方式步进电机驱动翻页速度12页/分钟可扫描书本16K和32K页面长宽高600400800mm自重8.5Kg2.4.4自动翻书机系统方案 根据对翻书动作的确定和设计任务的要求，初步设计了如下图图1所示的自动翻书机系统示意图，它主要由固定执行机构、翻书执行机构、升降执行机构、电机驱动执行机构和自动控制执行机构五部分构成。图2.4.4自动翻书机系统翻页示2.4.5书本固定夹固定执行机构用于保证书本翻页扫描过程中不发生滑动现象。根据翻页的流程可知，只要对书本左右两端固定，可有效防止整体书本滑动，对书页上端进行钢性固定，可在翻页的同时固定未执行翻页操作的书页，防止干扰正在执行的翻书操作。如图2所示为书本固定夹，其主要作用是固定书本，防止在工作中其他原因使得书本滑动。在翻书工作前，先将书本封面翻开，并将前后封面固定在书本固定夹。在翻书机支撑板中央部位，即在书本固定夹工作方向有凹槽，可用于书本固定夹的前后移动，便于夹持不同大小的书本，方便可靠。它的脚下那有一个5的螺纹孔，一共螺栓插入，达到固定它的作用。图2.4.5书本固定夹 2.4.6支撑板 支撑板是设计中重要的一部分，它是书本放置和固定的地方，也是整个运动过程顺利进行的保证，参考实际常见书本的大小，设计该支撑板为长为600mm、宽为400mm、高为800mm的长方体，顺着长度的方向对称有宽30mm、高20mm的矩形，这是因为要在长度方向和高度方向打孔，用以连接翻页臂上的孔与电动机轴的主轴，凸轮孔和电动机主轴的连接。还有压页支撑座的固定。板中心也有螺纹孔，用来和脚架子的相互固定。 图2.4.6支撑板2.4.7 吸附机构吸附机构是翻书机重要部件之一，主要作用是将书页吸起，以便翻页机构将书页翻过。吸附机构可有两种方案：一是采用真空吸盘进行吸附书页，这种机构是通过真空泵使吸盘产生负压，从而使吸盘可吸附书页；二是采用带静电或者永久磁性的吸附头，该吸附头在接触书页时可将书页吸起，同样达到翻页效果。图2.4.7(a) 采用带静电或强磁的吸附头静电吸附现象的原理是当一个带有静电的物体靠近另一个不带静电的物体时，由于静电感应，没有静电的物体内部靠近带静电物体的一边回产生与带电物体所携带电荷相反极性的电荷（另一侧产生相同数量的同极性电荷），由于异性电荷互相吸引，就会表现出“静电吸附”现象。为了适合不同大小的书籍，对按照吸附头的吸附杆进行了设计，将吸附杆设计为两节内套式， 真空泵可以很方便的抽出推入，使得吸附头对于不同大小页面的书籍都能有效吸附。但是其结构过于复杂，本设计不予考虑。图2.4.7（b）吸附杆上下运动机构三维图为了使得吸附头能有效吸附书页，每次吸附时，吸附头都需尽可能接近书页，以便更好的准确吸附，所以在吸附杆基座部分设置凸轮机构，用来使吸附杆进行上下运动，图2.4.7.(c) 吸附杆上下运动吸附机构2.4.8翻页机构 翻页机构也是翻书机的重要部件之一，其主要作用是将吸附机构吸起的书页翻过，完成书本翻页动作。翻页机构主要由翻页片和滑杆组成，在吸附机构吸起书页的同时，翻页片运动，从右向左，依滑杆滑动，将书页翻到另一面，完成翻书动作。翻页片由树脂材料制作，轻巧灵便，可有效保护书籍不被划破。翻页片从右至左，再从左至右，则完成一次翻页动作。图2.4.8 翻页片导向槽机构为了适合不同厚度的书本，特在翻页片基部设置导向槽机构，在需要调整高度的时候，可将翻页片拔出，插入相应高度的导向槽，导向槽共设置五个，以供不同厚度的书籍。2.4.9压页机构 当吸页机构吸起纸张的瞬间，翻页电动机也立刻被启动，压页机构电磁铁瞬间带电，一端磁铁吸住翻页杆，另一端弹簧伸长，使它与底座成接近90度的夹角。当处在左翻页时，左翻页杆转动到一定角度时，左边压页杆压下，压住这边剩余的纸张，当翻页杆转动到180度时，左翻页电机失电停止转动，右边的压页杆压下压住翻过来的新的一页。当处在右翻页时，右翻页杆转动到一定角度时，右边的压页杆压下，压住这边剩余的纸张，当翻页杆转动到180度时，右翻页电机失电停止转动，左边的压页杆压下压住翻过来的新的一页。以后依次循环往复。压页机构在本设计中设计为干的形式，其各部分的尺寸也没有严格的要求，只是杆的长度要足够的长，能满足实现对不同大小的书本的压页，但也不能太长，以至于会阻碍翻书过程的进行。在它一端的高度翻方向打有一6的光孔，用来和螺母杆上的光孔连接，再加上前后电磁铁和弹簧的作用上下运动，达到压页的效果图2.4.9压页杆2.4.10 升降执行机构本设计中的升降机构和翻书机构在工作中需要协同合作，即在单向翻书中，会使书本由厚到薄，而在翻书过程中，只有使翻书片、吸附头和目标页面的位置处于一定范围之内，才能保证翻书动作高质量的执行，因此本设计中的升降可调机构机构需要对书页厚度的变化做出自动调整。翻书片是否进入吸起书页的下面是正确翻书的前提，发生失误的原因一般都是吸附机构未能将书页吸起引起，因此，系统只要控制协调好吸附机构、翻书机构和升降机构之间的位置关系，就可基本避免翻页的失误。为达到以上的和要求，此设计中通过电机带动皮带轮、凸轮来实现它的运动要求。电机主轴与皮带轮一端孔连接，皮带轮另一端孔和凸轮上的孔一起与支撑板上的轴来连接。2.4.11自动控制执行机构控制执行部分分为翻书机构控制和升降机构的控制，以及对电机驱动进行的时序控制。其关键是要注意各个控制信号的时序变化，否则就会产生误操作。采用8253外部计数器输出PWM信号对翻书机控制，可减少误信号的产生。本设计中，当翻页机构处于工作状态即被翻书页运动其余被固定的状态，需8253计数器提供周期为20ms、脉宽为1.5ms的PWM信号；闲置状态时PWM信号脉宽变为0.7ms即可。对步进电机的控制采用步进电机驱动器，通过单片机发送周期脉冲控制信号来实现。升降机构需对书页厚度的变化做出自动调整，才能保证翻书动作正确执行。一般普通书本页码厚度在0.050.08mm之间，由于升降机构升降精度等原因，不能做到每翻一页就调整高度，因此在本控制中，设计为每翻10页，升降机构就下降0.5mm。这样，对于0.08mm厚度的书页，在连续下降3次后，累计误差已达到1mm左右。 2.5 机体设计翻书机机架采用对开设计，中间用合页铰接，不使用时就可以折叠起来，节省了一半的幅面。在每个机体铰接的一侧设计有三块磁铁，书架展开后利用磁铁的吸力保证在阅读书籍的时候机架不会自己变形或合闭。左、右侧吸附机构和翻页、圧页机构采用对称设计。根据设计任务的要求，还有对各个部分功能的分解和设计之后，用proe画出了它的三围实体模型，如下图所示：图2.5机体三维模型3. 自动翻书机电气控制设计3.1 电气控制电路设计3.1.1电机选择步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个 步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。步进电机是电机一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。此次选取的步进电机型号为Y80M1-2，其功率为0.75KW，马力1hp，电流1.8A，转速2825r/min，效率75.0%，功率因数0.84，额定转矩2.2Nm，额定电流6.5A，重量7.5Kg。3.1.2 电气控制系统设计应注意的问题电气控制设计中应重视设计、使用和维护人员在长期实践中总结出来的许多经验，使设计线路简单、正确、安全、可靠、结构合理、使用维护方便。通常应注意以下问题。（1）选择控制电源尽量减少控制线路中电源的种类，控制电源用量，控制电压等级应符合标准等级。在控制线路比较简单的情况下，可直接采用电网电压，即交流220V、380V供电，以省去控制变压器。当控制系统使用电器数量比较多时，应采用控制变压器降低控制电压，或用直流低电压控制，既节省安装空间，又便于采用晶体管无触点器件，具有动作平稳可靠、检修操作安全等优点。对于微机控制系统应注意弱电控制与强电电源之间的离，不能共用零线，避免引起电源干扰。照明、显示及报警等电路应采用安全电压。（2）选择电器元件尽量减少电器元件的品种、规格与数量。在电器元件选用中，尽可能选用性能优良、价格便宜的新型器件，同一用途尽可能选用相同型号。电气控制系统的先进性总是与电器元件的不断发展、更新紧密联系在一起的，因此，设计人员必须密切关注电机、电器技术、电子技术的新发展，不断收集新产品资料，以便及时应用于控制系统设计中，使控制线路在技术指标、稳定性、可靠性等方面得到进一步的提高。（3）减少通电电器的数量正常工作过程中，尽可能减少通电电器的数量，以利节能，延长电器元件寿命以及减少故障。（4）合理使用电器触点在复杂的继电接触控制线路中，各类接触器、继电器数量较多，使用的触点也多，线路设计应注意以下问题。主副触点的使用量不能超过限定对数，因为各类接触器、继电器的主副触点数量是一定的。设计时应注意尽可能减少触点使用数量.以采用逻辑设计化简方法，改变触点的组合方式，以减少触点使用数量，或增加中间继电器来解决。检查触点容量是否满足控制要求，避免因使用不当而出现触点烧坏、熔焊的故障，要合理安排接触器主副触点的位置，避免用小容量继电器去切断大容量负载。总之，要计算触点断流容量是否满足被控制负载的要求，还要考虑负载性质（阻性、容性、感性等），以保证触点工作寿命和可靠性。（5）正确连线具体应注意以下几个方面。正确连接电器线圈 电压线圈通常不能串联使用，即使用两个同型号电压线圈也不能采用串联施加额定电压之和的电压值，因为电器动作总有先后之差，可能由于动作过程中阻抗变化造成电压分配不均匀。对于电感较大的电器线圈，例如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等则不宜与相同电压等级的接触器或中间继电器直接并联工作，否则在接通或断开电源时会造成后者的误动作。合理安排电器元件及触点位置 对一个串联回路，各电器元件或触点位置互换，并不影响其工作原理，但从实际连线上却影响到安全、节省导线等各方面的问题。注意避免出现寄生回路 在控制电路的动作过程中，如果出现不是由于误操作而产生的意外接通的电路，称为寄生回路。3.1.3 电气控制线路设计电气控制电路主要是控制电机的电源通断、启动停止。在本设计中，有四个电机：左右侧吸纸机构和左右侧翻页机构。每个电机电源的通断、启动停止、正反转都是由电气控制，各个机构的行程由限位开关控制。电路元件表如表3-2所示。表3.1.3 电气元件功能表名称作用名称作用M1左吸页电机M3左翻页电机M2右吸页电机M4右翻页电机HL电源指示灯SB3右吸页电机按钮SB1总电源按钮SB4左翻页电机按钮SB2左吸页电机按钮SB5右翻页电机按钮KM1左吸页电机继电器KM3左翻页电机继电器KM2右吸页电机继电器KM4右翻页电机继电器QS隔离开关FR热继电器FU熔断器SQ1左吸页复位限位开关SQ2右吸页复位限位开关SQ3左翻页复位限位开关SQ4左压页复位限位开关SQ5左压页复位限位开关SQ6右翻页复位限位开关SQ7右压页复位限位开关SQ8右压页复位限位开关电气控制原理：（1）左侧吸页电机M1的启动、停止闭合按钮SB2，线圈KM1通电，其常开主触点和辅助触点KM1同时闭合，使左侧吸页电机M1旋转，当吸附头上的挡块撞击行程开关SQ1后，行程开关常闭触点SQ1断开，线圈KM1失电，常开主触点和辅助触点断开，电机M1失电，停止旋转。为防止误操作，左右侧吸页电机采用互联制约方式，当一侧电机通电工作时，另一侧电机电路是断开状态，即使按动按钮也无法启动。（2）右侧吸页电机M2的启动、停止闭合按钮SB3，线圈KM2通电，其常开主触点和辅助触点KM2同时闭合，使左侧吸页电机M2旋转，当吸附头上的挡块撞击行程开关SQ2后，行程开关常闭触点SQ2断开，线圈KM2失电，常开主触点和辅助触点断开，电机M2失电，停止旋转。图3.1.3（b） 电气控制图（3）左侧翻页电机M3的启动、停止当左侧翻页电机启动旋转后，带动电动机轴运动。此刻两边压页机构上行程开关SQ4和SQ5被撞击，使得两边的磁铁也瞬间带电，致使压页杆与底座成接近90度夹角，使得后面的压页动作顺利的进行。当电机轴转动到一定速度后，翻页臂上的挡块撞击行程开关SQ3，行程开关常开触点SQ3闭合，线圈KM3得电，其常开主触点和辅助触点KM3同时闭合，使左侧翻页电机M3旋转，当翻页臂上的挡块撞击行程开关SQ3后，行程开关常闭触点SQ3断开，线圈KM3失电，常开主触点和辅助触点断开，电机M3失电，停止旋转。（4）右侧翻页电机M4的启动、停止当左侧翻页电机启动旋转后，带动电动机轴运动。此刻两边压页机构上行程开关SQ7和SQ8被撞击，使得两边的磁铁也瞬间带电，致使压页杆与底座成接近90度夹角，使得后面的压页动作顺利的进行。当电机轴转动到一定角度后，翻页臂上的挡块撞击行程开关SQ6，行程开关常开触点SQ6闭合，线圈KM4得电，其常开主触点和辅助触点KM4同时闭合，使右侧压页电机M4旋转，当压页曲柄上的挡块撞击行程开关SQ6后，行程开关常闭触点SQ6断开，线圈KM4失电，常开主触点和辅助触点断开，电机M4失电，停止旋转。3.2 PLC的控制 3.2.1 IO接线图 说明: 输入原件SB1总电源按钮 SB2左吸页电机按钮 SB3右吸页电机按钮SB4左翻页电机按钮 SB5右翻页电机按钮输出原件KM1左吸页接触器线圈 KM2右吸页接触器线圈KM3左翻页接触器线圈 KM4右翻页接触器线圈3.2.2 IO地址 3.2.3 梯形图3.2.4 指令语 左吸页 ： LD X1 OR M100 ANI X0 ANI X2 ANI Y1 OUT M100 LD M100 OUT M100 K2 LDT200 T200 OUT Y0右吸页： LD X2 OR M101 ANI X0 ANI X1 ANI Y0 OUT M101 LD M101 OUT T200 K2 LD T200 OUT Y1左翻页： LD X3 OR M102 ANI X0 ANI X4 ANI Y3 OUT M102 LD M102 OUT T200 K2 LD T200 OUT Y2右翻页： LD X4 OR M103 ANI X0 ANI X3 ANI Y2 OUT M103 LD M103 OUT T200 K2 LD T200 OUT Y33.3供电方式设计3.3.1 插电工作方式在本设计中，选择24V的微型直流减速电机作为动力源。插电工作时，只需将充电器插入翻书机的电源孔内即可通电工作。参照现在市场上相关阅读机的充电器和通电孔设计了该翻书机的充电器和通电孔。左右侧的翻页电机电源线通过按钮开关与通电孔相连接，左右侧压页电机的电源线通过行程开关与通电孔相连接。接线示意图如图3-3所示。图3.2.1 插电接线示意图3.3.2 电池供电在翻书机背面设有一个电池盒，只需将电池按照表明的正负极放入，即可代替插电工作。电机与电池的接线和插电工作方式一样。图3.2.2 电池接线示4. 总结本自动翻书机设计以便携、廉价作为设计目标，使用简单机构和控制方式完成了此翻书机的设计，并实现了廉价和便携的特征，在满足了翻书机基本功能之外，还具有以下特点：（1）使用自动控制电路控制。用户只需使用三个按钮就可以实现对翻书机的操作，分别是前翻页、后翻页、紧急断电。（2）主要工作机构尺寸几乎全部隐藏在机架内，遮盖书页的面积很小。整体设计为可折叠的样式，使翻书机折叠起来的幅面比A4纸稍大，折叠后成为一个小箱子。（3）能够快速的翻页。（4）对书页幅面大小适应性好，可以翻动横边宽度在8-15cm之间的书页。（5）由于有吸附机构和翻页臂上有槽，可以满足对不同大小和厚度的书本进行翻页。（6）既可以使用插电方式工作，也可以用电池供电方式工作。虽然设计的翻书机还没有设计成成品，但是由于它具有电路简单，外型美观，体积小，价格便宜等优点，所以相信肯定会取得成功。致 谢 近三个月时间的毕业课题设计是我大学生活中忙碌而又充实一段时光。这里有治学严谨而又亲切的老师，有互相帮助的同学，更有积极、向上、融洽的学习生活氛围。短短的时间里，我学到了很多的东西。不仅学到就更多的理论知识，扩展了知识面，提高了自己的实际操作能力；而且学会了如何去学习新的知识，学会了面对困难和挑战，学会了团结合作，互助互利。借此论文之际，向所有帮助、关心、支持我的老师、朋友同学，表达我最真诚的谢意。首先感谢指导老师孙伏。本论文是在孙老师耐心指导下多次修改完成的。在此，我对她们的耐心指导和帮助表达我最真诚的谢意，感谢她们在这几个月来所付出的努力。在这段时间里，我从她们身上，不仅学到了许多的专业知识，更感受到了她们工作中的兢兢业业，生活中的平易近人的精神。此外，她们们的严谨治学态度和忘我的工作精神值得我去学习。在此，请允许我对说一声：“老师，您辛苦了！”再次感谢她们。非常感谢我的同学。当我在毕业设计过程中遇到问题和困难时，是他们给我提出许多关键性的意见和建议，使我对整个毕业设计的思路有了总体的把握，并耐心的帮我解决了许多实际问题，使我获益良多。同时，感谢四年来传授我知识的老师们，更要感谢我的家人及朋友对我学业上的支持和鼓励，感谢所有关心、帮助过我的人。同时感谢我的大学。我不会忘记你们。总之，在以后的学习、工作、生活中我将更加努力，用自己的行动回报社会、学校、老师及同学。参考文献1 杨黎明，杨志勤编著，机构选型与运动设计M，北京：国防工业出版社，2007.62 郑文纬，吴克坚 主编，郑星河 等编.机械原理M.北京：高等教育出版社，19973 吴宗泽、 高志.机械设计。北京：高等教育出版社，20094 DANAHER MOTION，用于非公路用机动设备的机电执行器，20065 赵秉衡主编。工厂电气控制设备。北京：冶金工业出版社，2001.86 周兴华等编，实用遥控控制线路200例。北京：中国电力出版社，2010.17曲维方等机构创新原理M.北京：科学出版社，20010.8曹惟庆徐曾荫.机构设计M.北京：机械工业出版社，2000.9安子军等.机构创新原理M.北京：科学出版社，2001.10孟宪源姜琪.机构构型与应用M.北京：机械工业出版社，200411中国集成电路大全编写委员会.中国集成电路大全M.北京：国防工业出版社，198512 汪宏武，陈红.一种新型自动翻页器的设计.道客巴巴，13 王侃.自动翻书机设计.机械设计,第25卷增刊J,317-31914 杨黎明，杨志勤编著，机构选型与运动设计M，北京：国防工业出版社，2007.615 郑文纬，吴克坚 主编，郑星河 等编.机械原理M.北京：高等教育出版社，199716 吴宗泽、 高志.机械设计。北京：高等教育出版社，200917 赵秉衡主编。工厂电气控制设备。北京：冶金工业出版社，2001.818 周兴华等编，实用遥控控制线路200例。北京：中国电力出版社，2010.119 濮良贵.纪明刚.7版.北京：高等教育出版社，2001.20 濮良贵.机械零件.4版.北京：高等教育出版社，1982.21 章日晋.机械零件机构设计.北京：机械工业出版社，1992.22 王永平.机械制图.西北工业大学出版社，2004.23 刘仁家.机械设计常用元器件手册.机械工业出版社，1994.24 濮良贵 纪名刚.机械设计. 西北工业大学机械原理及机械零件调研室,2008.25 孙桓 陈作模 葛文杰.机械原理 第七版.西北工业大学机械原理及机械零件调研室,200826 DANAHER MOTION，用于非公路用机动设备的机电执行器，200627 徐灏.机械设计手册.机械工业出版社，1991.28 王永平.机械制图.西北工业大学出版社，2004.29 刘仁家.机械设计常用元器件手册.机械工业出版社，199430 孙靖民.机械优化设计.第二版.机械工业出版社，2000.31 Markoff J，Wyatt E.Google Is Adding Major Libraries to Its Database. The New York Times (Technology),2004-12-14.32 Orlando, Florida,A New Approach to Automated Page-Turner Design Implementing a Re-usable Adhesive (Technology & Disability), 2004-6-(18-