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基于单片机控制的啤酒瓶标签自动粘贴装置摘要本系统的设计目的是利用简单的机械装置实现自动粘贴标签的功能。本机械装置主要分为上下部分，上部分是执行机构，下部分是平带传动机构。执行机构的动力源是步进电机1，平带传动机构的动力源则是步进电机2，而单片机则是整个装置的大脑，控制着步进电机1、2的运行时间以及启动、停止时刻，以此来控制执行机构和平带传动机构完成预定的动作。平带传动机构功能单一，主要负责把啤酒瓶送到执行机构，剩下的任务主要由执行机构来完成。执行机构主要由标签输入机构、剪切机构、粘湖机构和贴标签机构四个机构组成。它们是独立的机构，却不是独立的，他们有着紧密的联系。标签输入机构负责输入标签，剪切机构负责剪断标签，粘湖机构负责给标签上粘湖，贴标签机构负责给啤酒瓶贴上标签。它们相互合作、相互协调，再辅以单片机进行精确稳定的控制,以完成任务。本系统具有结构简单，可靠性高，实用性强，容易操作，抗干扰性强等特点。关键词：啤酒瓶标签；自动粘贴；单片机Automatic Sticking Label With Paste Apparatus of Beer Bottles Base on PICAbstractThe system function is automatic sticking labels with a simple mechanical apparatus,this is the design destinationThe mechanical apparatus principally includes two parts：the upper is the actuating mechanism and the lower is the flat belt mechanismThe stepper motor 1 is the power supply for the actuating mechanism，the stepper motor 2 is the power supply for the flat belt mechanism and the chip microcomputer is the cerebrum for the whole mechanical apparatusIt controls the working time and the enablement hour and stoping hour of the stepper motor 1 and the stepper motor 2In this way，the actuating mechanism and the the flat belt mechanism finish the reserve kinesiThe flat belt mechanism function is singlenessIt principally delivers the beer bottles to the actuating mechanism and the rest of the task is completed by the actuating mechanismThere are four chief constituents in the actuating mechanism：Labeling machine construction，Sticks the lake organization，Cutting organization and Labeling machine constructionThey are independent machine constructions and have the same construction，but they with close connection are not independentLabel input mechanism inputs the labels；Sticks the lake organization sticks the labels with the paste；Cutting organization cutes off the lables and Labeling machine construction sticks the labels on the beer bottleThare are mutual cooperation and mutual coordination to complet the task with the aid of chip microcomputer，which controls accurately and stabllyIn a word，this is a system which is sample，reliable，practicable，well controlling，with strong ability of anti-jamming.Keywords: Label；Automatic sticking；chip microcomputer目录绪论11自动粘贴装置的介绍21.1装置的基本模型21.2总体工作原理21.3本章小结32 总体方案的设计42.1总体方案的拟定42.1.1执行机构方案一42.1.2执行机构方案二62.1.3执行机构方案的确定62.1.4平带传动机构方案的确定72.2总体尺寸的初步分配82.3执行机构运行速度的初步确定82.4步进电机的选型92.5该方案的优缺点102.6本章小结103 执行机构的设计113.1标签输入机构的设计113.1.1标签输入机构的组成113.1.2标签输入机构的工作原理113.1.3标签输入机构的特点133.2剪切标签机构的设计143.2.1剪切机构的组成143.2.2剪切机构的原理153.2.3剪切机构的特点163.3浆糊机构的设计173.3.1浆糊机构的组成173.3.2浆糊机构的工作原理183.3.3浆糊机构的工艺要求183.3.4浆糊机构的特点183.4贴标签机构的设计193.4.1贴标签机构的组成193.4.2贴标签机构的工作原理193.4.3贴标签机构的特点213.5本章小结224 传动的设计234.1平带的设计234.2带轮的设计244.2.1平带轮的设计要求244.2.2平带轮的材料244.2.3平带轮的结构设计244.2.4联接平键的选型254.3轴的设计254.3.1主动轴254.3.1.3轴承及轴承润滑方式274.3.2从动轴274.4本章小结295 单片机控制的设计315.1单片机硬件的设计315.1.1单片机315.1.2步进电机315.1.3脉冲分配器325.1.4功率放大电路325.2控制时间的计算335.2.1步进电机1的速度与时间345.2.2步进电机2的速度与时间355.3编程365.3.1流程图365.3.2程序清单405.1本章小结43结论及尚存在的问题45参考文献46致谢48基于单片机控制的啤酒瓶标签自动粘贴装置绪论机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。人们广泛使用机器，是由于机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品质量，特别是大大提高劳动生产率和改善劳动条件。同时，不论是集中进行大量生产还是迅速完成多品种、小批量生产，都只有使用机器才能实现产品的标准化、系列化和通用化。本毕业设计的选题是：啤酒瓶标签自动粘贴装置，使用简单的机械传动，通过单片机的控制，实现高度的机械化、电气化和自动化。啤酒瓶贴标技术是随着科学技术的发展、生产工艺不断提出新的要求而不断发展的。在啤酒生产线中，贴标是一个必不可少的过程。啤酒标签是企业形象的一个重要标志，也是企业竞争力的体现。高效、快速的生产过程，可以给企业带来更多的经济效益。随着市场的发展，小型贴标机将成为一种适应“高价家庭作坊式的酒类新趋势”的贴标装置。同时，也对小型的啤酒瓶标签自动粘贴装置提出以下设计的要求：1. 机械传动应运转平稳，运动零部件无卡阻现象。2. 运行过程中不应有不正常的噪声或震动。3. 贴标动作应准确、可靠，贴标签应平整。4. 贴标机润滑情况应良好，无漏油现象。5. 粘合剂不应污染机器，以免影响机器正常工作。 6. 贴标机应设有互锁保护，设置停止按键。7. 贴标机的电气控制应安全准确、可靠。本毕业设计的主要任务是：根据设计要求，正确收集和运用技术资料、标准、手册等资料，进行分析；拟定方案后，进行机械部分和电路部分的设计；通过模拟，找出设计过程中的不足之处，想办法解决，为达到预期的目的进行修改、完善。1自动粘贴装置的介绍1.1装置的基本模型图1.1 啤酒瓶标签自动粘贴装置的基本模型啤酒瓶标签自动粘贴装置的基本模型如图1.1所示，它主要包括上下两部分，上面部分是执行机构部分，主要由：1.标签输入机构，2.剪切机构，3.浆糊机构，4.贴标签机构等构成；下面部分是平带传动部分，主要由：1.平带，2.带轮，3.带轴等构成。1.2总体工作原理一开始啤酒瓶标签自动粘贴装置通电，在没有按下任何按钮前，所有的机构都是静止的。当按下定位按钮，执行机构运行到预设的位置停止运行，为下面的精确运行做好定位准备。当按下开始按钮，步进电机2、1同时运行，啤酒瓶标签自动粘贴装置正式开始工作。瓶子先从输送带的末端进入，然后按照预定的速度向压轴的方向运行，于此同时曲柄滑板机构一边靠滑板与滚轮的摩擦，把动力传到输纸轮上面，输纸轮把标签拉下来，一边带动压轴压轮向下靠拢，当滑板运行到最远点时，刚好一个标签被剪切下来，同时压轴压轮把啤酒瓶定位及压紧，此时执行机构停止运行，而平带靠摩擦力带动啤酒瓶自转，啤酒瓶就把刚剪下来的标签拉下来，标签一边被拉下来一边上浆糊，在压轴的配合下，把标签碾平和把标签压到啤酒瓶上，等待一段时间标签贴完后，执行机构松开啤酒瓶，啤酒瓶被送到另一端，第一个啤酒瓶贴标签就完成了。第二个啤酒瓶也如此，这样不停的循环下去，以完成特定的任务。1.3本章小结啤酒瓶标签自动粘贴装置主要分为执行机构部分和平带传动部分两个部分，这样无疑比整个机座的制造更容易，而且运输更便易，维护和安装更方便。并且万一机座损坏，只换上机座或下机座就可以了，没必要整个机座更换，这样又可以节省一笔开销了。在设计方面，这就把啤酒瓶标签自动粘贴装置分成了两个大模块独立来设计，比起整个装置一起设计更容易了。在功能方面，装置包括了定位、启动、停止、复位功能，虽然功能不是太多，对完成任务来说，已经基本足够了。当然了，如果成本允许的话还可以加显示、标签计数等功能。2 总体方案的设计2.1总体方案的拟定满足同一工作机功能要求，往往可采用不同的传动机构，不同的组合和布局，从而可得出不同的方案。拟定传动方案时，应充分了解各种传动机构的性能及适用条件。下面进行比较分析：1.齿轮传动：具有承载能力大、效率高、允许速度高、尺寸紧凑、寿命长等特点，传动过程有冲击力。2.带传动：具有传动平稳、吸振等特点，且能起过载保护作用。3.蜗杆传动：具有传动比大、结构紧凑、工作平稳等优点，但其传动效率低，且蜗轮尺寸大，成本高。4.链传动：由于工作时链速和瞬时传动比呈周期性变化，运动不均匀、冲击振动大。结合工作机所传递的载荷性质和大小、运动方式和速度以及工作条件等，经过分析，拟定啤酒瓶标签自动粘贴装置的机械传动装置方案。2.1.1执行机构方案一2.1.1.1执行机构的组成如图2.1所示，执行机构主要由：压轴、浆糊轴、刀、滚轮、输纸轮、滑块、导槽、滑板、摇杆1、杆2等组成。图2.1 啤酒瓶标签自动粘贴装置的执行机构（1）2.1.1.2执行机构的工作原理如图2.1所示，一开始执行机构通电，在没有按下任何按钮前，所有的机构都是静止的。当按下定位按钮，执行机构运行到预设的位置停止运行，为下面的精确运行做好定位准备。这个步骤是下面各个步骤的前提条件，只有这步好了，下面才可以进行。当按下开始按钮，步进电机2、1同时运行，啤酒瓶标签自动粘贴装置正式开始工作。瓶子先从输送带的末端进入，然后按照预定的速度向压轴的方向运行，于此同时曲柄滑板机构一边靠滑板与滚轮的摩擦，把动力传到输纸轮上面，输纸轮把标签拉下来，一边带动压轴压轮向下靠拢，当滑板运行到最远点时，一个完整的标签正好被输纸轮了下来，此时剪切机构刚好一个把这个标签剪切下来，同时压轴压轮刚好把啤酒瓶定位及压紧，此时执行机构停止运行，这时部分标签通过标签导槽经过了浆糊装置，也就是说，前面部分标签已经上浆糊了，后面标签还没上浆糊。此时平带靠摩擦力带动啤酒瓶自转，啤酒瓶就把刚剪下来的标签经标签导槽继续拉下来，标签一边被拉下来后面标签一边上浆糊，在压轴的配合下，把标签碾平和把标签压到啤酒瓶上，等待一段时间标签贴完后，步进电机1运行，执行机构松开啤酒瓶，啤酒瓶在平带的运输下，被送到了另一端，第一个啤酒瓶贴标签就完成了。第二个啤酒瓶也如此，这样不停的循环下去，以完成特定的任务。2.1.2执行机构方案二2.1.2.1执行机构组成如图2.2所示，执行机构主要由：滚轮、输纸轮、标签导槽、剪切装置、浆糊装置、压轴、压轮、摇杆、拉杆、滑板、步进电机、电机座、浆糊桶等组成。图2.2 啤酒瓶标签自动粘贴装置的执行机构（2）2.1.2.2执行机构的工作原理工作原理基本和方案一的相同。2.1.3执行机构方案的确定2.1.3.1方案对比（1）方案1的导槽两边都开了口安装固定比较困难，而且可能刚度不够，所以在方案2导槽只开一个口，而且和机座是一体的，这样可以增强导槽的刚度。（2）方案1的滑块和滑板是通过滑板轴传递动力的，并且滑板做得比较宽，所以滑板轴就要求伸出长度比较长，这样本以是悬臂梁的滑板轴更容易变弯曲。在方案2中，把滑块和滑板合成一个滑板，而且滑板的宽度更短，并且滑板轴换成安装在滑板的侧面，所以滑板轴可以制造得更短，这样不仅减小材料，而且可以大大减小轴的弯曲变形。（3）方案1的碾平标签和把标签压在啤酒瓶上是靠压轴和摇杆1的自重，所以压轴和摇杆1的质量要求比较大才能把标签压在啤酒瓶上，而方案2是靠拉杆推摇杆的推力来实现的，所以不存在这样的问题，而且即使啤酒瓶位置存在一定偏差，也能把它纠正过来。（4）方案2改进了上浆糊装置，使浆糊更均匀涂在标签上，而且浆糊轴开了4条槽，不仅节省了浆糊，而且可以免得浆糊粘在标签导槽上。（5）方案1的刀改为方案2的剪切装置，加快了剪切速度和准确性。2.1.3.2方案的确定经过2.1.3.1的方案对比，方案2是方案1的一个改进版。方案2对方案1的导槽、滑板、贴标签机构、浆糊机构以及剪切机构做了很大的改进和进一步的完善。因此选取方案2。2.1.4平带传动机构方案的确定2.1.4.1平带传动机构的组成如图2.3所示，平带传动主要由：步进电机2、联轴器、主带轮、下机座、带轮轴、轴承、辅助带轮、平带、从动带轮等组成。2.1.4.2平带传动机构的工作原理步进电机通过联轴器把动力传递给带轮轴，带轮轴通过键将动力传递给主带轮，从而带动平带的转动。图2.3 啤酒瓶标签自动粘贴装置的平带传动机构2.2总体尺寸的初步分配设计要求：标签粘贴装置的装配尺寸不大于2000mm1500mm1200mm执行装置的尺寸大概为1000mm900mm700mm平带传动机构的尺寸大概为2000mm600mm500mm2.3执行机构运行速度的初步确定设计要求：粘贴速度20个/min，即小于3s粘贴一个啤酒瓶标签宽度80mm图2.4 啤酒瓶标签自动粘贴装置的运行速度为了完全把标签压贴在啤酒瓶上，压标签轴压程超过标签宽度10mm，所以压轴总共压程为8020100mm, 设压标签用了1s，即步进电机停止运行了1s，那么啤酒瓶外径的线速度,因为啤酒瓶主要受到平带的摩擦力而向前运动，当啤酒瓶紧挨着定位轴时，定位轴摩擦力很小，忽略定位轴的摩擦力和打滑，此时啤酒瓶外径的线速度V瓶就等于平带的线速度。设贴标签的准备时间用了1s，即滑板上下运动一次要用1s，步进电机旋转一周要用1s。那么步进电机1的角速度。所以贴好一个标签的总共时间等于贴标签的准备时间加上贴标签的时间，即112s3s,所以贴标签速度，所以满足要求。2.4步进电机的选型步进电机1的型号：75BF003 (1)电流：4A(2)电压：30V(3)步距角：1.5度(4)相数：3相(5)分配方式：三相六拍(6)外形尺寸：(7)最大静转矩：0.882安装时需要4颗M5的普通螺钉步进电机2型号：110BF003(1)电流：6A(2)电压：80V(3)步距角：0.75度(4)相数：3相(5)分配方式：三相六拍(6)外形尺寸：(7)最大静转矩：7.84安装时需要4颗M9的普通螺钉2.5该方案的优缺点该传动装置载荷平稳，属于小功率、载荷变化不大的装置。滚轮和输纸轮上面都有一层橡胶层，能够缓和载荷冲击，传动平稳，无噪声；过载时将引起滑板在滚轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏，具有过载保护作用；结构简单，成本低廉；传动外廓尺寸较小；但传动效率较低。2.6本章小结根据设计要求，结合实际情况，分别对多种机械传动进行比较分析，确定最终的总体设计方案，将装置分为执行机构和平带传动机构两部分进行设计。执行机构，包括：标签输入机构、剪断标签机构、剪断标签机构、贴标签机构。平带传动机构，包括：平带、平带轮、轴。该设计方案结构简单、安装方便、容易操作、动作安全可靠。要注意的问题：在设计的过程中，要避免各传动、机构之间的位置干涉，保证传动的可靠性和安全性。在绘制简图的过程中，把各零部件的位置定好，解决位置干涉问题，才能进行下一步的设计。因此，设计的每一步工作都要做到位，减少不必要的麻烦。3 执行机构的设计3.1标签输入机构的设计图3.1 标签输入机构3.1.1标签输入机构的组成标签输入机构主要由滚轮、滑板、输纸轴等组成。3.1.2标签输入机构的工作原理如图3.1所示，滑板和滚轮是相互接触的，而滚轮又和输纸轴也是相互接触的，当滑板运动时，滑板靠摩擦力把动力传递给滚轮，于此同时滚轮也靠摩擦力把动力传递给输纸轴，输纸轴同样用摩擦力把标签拉下来。因为拉标签所需的拉力并不大，所以利用摩擦力来实现是可以满足要求的。而且滚轮和输纸轴上都有橡胶层，这样不仅可以增加摩擦力，而且具有过载保护作用，同时运行更加平稳了。为了实行滑板向下运动时，弹簧伸长，把短滚轮和长滚轮压在了一起，此时短滚轮与长滚轮上的棘爪相互卡死，从而带动滚轮顺时针转动；同时滚轮靠摩擦力使输纸轴逆时针转动，从而实现把标签向下拉。而当滑板向上运动时，弹簧被短滚轮压缩，此时短滚轮与长滚轮松开，加上辅助棘轮把长滚轮卡死，因此短滚轮与长滚轮间打滑，所以此时，输纸轴停止运动，标签没有输入。为了防止滚轮反转时也带动输纸轴转动，把标签也反拉上来，所以在滚轮中增加了一个辅助棘轮机构，使滚轮反转时静止不动，从而实现标签静止不动。图3.2 滚轮的结构如图3.2所示，短滚轮和长滚轮的底面都带有相同的棘爪，当滑板向下运动时，在弹簧力的作用下，左、右棘爪彼此相互卡死，从而带动长滚轮的转动；当滑板向上运动时，左、右棘爪彼此相互打滑，所以短滚轮并不能带动长滚轮的转动。但此时短滚轮和长滚轮还是存在一些摩擦力，因此在长滚轮后面组合了一个辅助棘轮，以防止长滚轮的转动。图3.3 辅助棘轮的结构简体在设计棘轮机构时，首要的问题是确定棘轮轮齿的倾斜角，因为为了保证棘轮机构的可靠性，在工作行程时，棘爪应能顺利地滑入棘轮齿底。为了在传递相同的转矩时，棘爪的受力最小，一般取，此时有即棘齿的倾斜角应该大于摩擦角，当f0.2时，故常取。图3.4 输纸轴的结构输纸轴的机构相对来说简单多了，只要它能实现转动就可以了。如图3.4所示，输纸轴主要由光轴、滚轮、橡胶层、弹性挡圈组成。因为滚轮所受的轴向力很小，所以采用弹性挡圈来定位即可满足要求了。3.1.3标签输入机构的特点如图3.2和3.4所示，滚轮与输纸轴上面都具有橡胶层，一方面增加了滑板与滚轮，滚轮与输纸轴间的摩擦力，从而使输纸轴具有足够的动力把标签拉下来。另一方面，橡胶本身具有弹性，也就是它具有减震的作用，从而使机构运行时噪声更小，而且输入标签更平稳。同时，万一输纸轴卡死了，滚轮与输纸轴间打滑，从而实现了过载保护作用。在滚轮和弹簧的配合下，轻易地实现了滑板下降时，滚轮滚动，滑板上升时，滚轮打滑，从而实现输纸轴完成预定的动作，机构结构比较紧凑。加上辅助棘轮的协助下，防止了标签的倒退，为下一步精确输入标签提供了前提条件，虽然机构中零件并不多，但它们实现的作用是非常重要的。3.2剪切标签机构的设计图3.5 剪切机构3.2.1剪切机构的组成如图3.5所示，剪切机构主要由:弹性挡圈、刀垫、刀片、刀架、摇杆、顶杆、轴钉等组成。图3.6 剪切机构的分解图3.2.2剪切机构的原理如图3.5和图3.6所示，剪切机构主要由一个基本四杆机构来实现剪切功能，当推块到来后，推块就推着顶杆平移一定距离，而摇杆1的突轴是套在顶杆的导槽中的，因此顶杆平移的同时摇杆1向前运动，因为摇杆1被轴钉定位了，所以摇杆1只能绕着轴钉做旋转运动。而摇杆1、摇杆3、刀片和刀架组成四杆机构，又因摇杆1和摇杆3的旋转半径相等，因此刀片向前平移一定距离，从而实现了在一个时刻迅间剪断标签。刀片比较细长，为了增强刀片的刚性，所以在刀片中间增加了一个摇杆2，从而减小刀片的弯曲变形。3.2.2.1杆件长度的计算图3.7 剪切机构的机构简图为了避免摇杆1与顶杆形成死点，因此摇杆1在制造时已弯曲了一个角度。设计要求刀片平移距离为，即要求摇杆1绕F点旋转一个角，、长度用试验法已定下，现要求求的长度：由图4.2.3可得，即顶杆移动时，刀片就平移。为了按照一定的要求进行运动的传递即变换，当机构的原动件按给定的运动规律运动时，该机构中的其余构件的运动也应是完全确定的。为了机构具有确定的运动，则机构的原动件的数目应等于机构的自由度数目。这就是机构具有确定运动的条件。当机构不满足这一条件时，如果机构的原动件数小于机构的自由度，机构的运动将不确定。如果原动件数大于机构的自由度，则将导致机构中最薄弱环节的损坏。3.2.2.2机构自由度的计算如图3.7所示，由其机构运动简图不难看出，此机构总有5个活动构件（即摇杆1、摇杆2、摇杆3、刀片4、顶杆5），7个低副（即转动副A、B、C、D、E、F和移动副I），1个高副（即顶杆5与摇杆3构成的高副）.为了增强刀片的刚度，在机构中增加了一个构件2和两个转动副C、D，这对该机构的运动并不产生任何影响。虽然增加一个活动构件引入了3个自由度，但却因增加了两个转动副而引入了4个约束，即多引入了一个约束，而这个约束对机构的运动起重复的约束作用，因而是一个虚约束。在计算机构的自由度时，应从机构的约束数中减去虚约束。故机构的自由度为 =35(2711)0 =1机构的原动件为一个顶杆，所以机构的原动件的数目等于机构的自由度数目，符合要求。3.2.3剪切机构的特点如图3.6和3.7所示，在某个时刻，刀片上的任何点平移的距离都是一样的，因而标签是在某一个时刻被切断的，而不是在某一段时间被切断的，所以提高了剪切的精度，而且切口更平齐美观。轴钉与弹性挡圈配合下，一方面可以把刀片固定在刀垫上，起定位夹紧作用，而且又不妨碍摇杆的摆动；另一方面，当刀片损坏了，更换刀片时也比较方便。3.3浆糊机构的设计图3.8 浆糊机构3.3.1浆糊机构的组成如图3.8所示，浆糊机构主要由四部分组成：1.浆糊盒、2.浆糊轴（包括滚轮、辅助轮、光轴、弹簧挡圈）、3.辅助轴、4.浆糊架。图3.9 浆糊机构的分解图3.3.2浆糊机构的工作原理如图3.9所示，浆糊从浆糊桶通过导管从浆糊盒的浆糊口进入浆糊盒，浆糊再从浆糊盒狭小的浆糊嘴中流出。浆糊嘴和浆糊轴表面看是乎彼此接触，但实际上，浆糊嘴和浆糊轴之间留有很细小的间隙，间隙制造得很小，一方面是为了让浆糊可以顺利流出来，一方面是为了防止浆糊的泄露，同时也是为了减小对浆糊嘴和浆糊轴的磨损。在浆糊轴的旋转下，把浆糊涂在浆糊轴上，在辅助轴的辅助下，把标签压平并把标签紧贴浆糊轴，以完成标签自动上浆糊。在滚轮间还有一些较小的辅助轮，一方面起定位作用，其实更重要的作用是为了标签导槽避免标签上浆糊粘到导槽做好准备工作；这样即可节省制造材料又可节省浆糊用量。3.3.3浆糊机构的工艺要求在工作原理中已讲到浆糊嘴和浆糊轴之间要留有很细小的间隙，因此浆糊盒与浆糊轴有较高的配合精度。虽然用轴承可以实现准确定位，但由于轴承的尺寸比较大，如果装上轴承，就和摇杆2发生干涉；因此用光轴取代之，显然光轴的制造精度要求很高，制造成本也随之增高，但外廓尺寸比较小，因此选择了光轴。辅助轴只起辅助作用，因此制造精度满足一般精度就可以了。滚轮和辅助轮本可制造成一体的，但考虑到如果做成一体，那么光轴空就比较长，拔模会比较困难，因此把滚轮分成了三段，那样拔模就轻松多了。3.3.4浆糊机构的特点浆糊机构是通过导管外接浆糊桶导进浆糊的，省去了装浆糊的内部空间，浆糊机构就可以设计得更细小了，在设计空间不是很大的情况下，细小的浆糊机构显示了更多的优越性；而外接的浆糊桶则可以根据需要，任意的改变它的体积；从而把一个模块细分为两个模块，可以更好发挥它们的职能了。浆糊是从细小的间隙涂在滚轮上的，因此浆糊能够比较均匀地涂在滚轮上，滚轮把浆糊再涂到标签上时，就可以更均匀地涂到标签上面。滚轮间有凹槽，这样并没有把标签涂滿浆糊，而是留出了4条空白，这样一方面可以防止标签上的浆糊涂到标签导槽上，以影响标签输送的准确性；另一方面又可以节省浆糊用量，可谓是一举两得。3.4贴标签机构的设计 图3.10 贴标签机构3.4.1贴标签机构的组成如图3.10所示，贴标签机构主要由曲柄、摇杆1、滑板、两个拉杆、两个摇杆2、推块、压轴和压轮等组成。3.4.2贴标签机构的工作原理如图3.10所示，贴标签机构主要由两个机构来实现：1、曲柄滑板机构（包括步进电机1、曲柄、摇杆1、滑板组成），它是曲柄滑块的一个改进版，整个机构实现动力部分，步进电机是曲柄滑板机构的动力，滑板是标签输入机构的动力，也是贴标签机构中双摇杆机构的动力，推块是剪切机构的动力；2、双摇杆杆机构（包括两个拉杆、两个摇杆2），当滑板向下运动，拉杆就推着摇杆同时向中间靠拢，当滑板向上运动，拉杆拉着摇杆同时向两侧分离，以此来夹住和松开啤酒瓶。3.4.2.1贴标签机构自由度的计算图3.11 贴标签机构简图（1）如图3.11所示，由其机构运动简图不难看出，此机构总有7个活动构件（即曲柄1、摇杆2、滑板3、拉杆4、拉杆5、摇杆6和摇杆7），转动副E、F是由3个构件组成的复合铰链，所以有10个低副（即转动副A、B、C和移动副D以及复合铰链E、F），0个高副，0个虚约束，0个局部约束，故机构的自由度为 =37(21000)0 =1机构的原动件为一个步进电机，所以机构的原动件的数目等于机构的自由度数目，符合要求。图3.12双摇杆机构简图（2）3.4.2.2贴标签机构杆件长度的计算、长度用试验法已定下，设计要求为一个标签长度，而因啤酒瓶的直径以固定，所以角也已确定。当E运行到时，滑板刚好的路程为，由图3.12可得：当130时，压轴就可以避免与输纸轴发生干涉。3.4.3贴标签机构的特点贴标签机构的运动副均为低副。低副两运动副元素为面接触，压强较小，故可承受较大的载荷；且有利于润滑，磨损较小；此外，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。在贴标签机构中，当原动件的运动规律不变，可用改变个别构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律在机构中，连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，其现状还随着各构件相对长度的改变而改变，从而可以得到形状众多的连杆曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同的轨迹设计要求。此外，连杆机构还可以很方便地用来达到增力、扩大行程和实现远程距离传动等目的。3.5本章小结如图3.2所示，执行机构包括了许多零件、机构，如果整个机构同时设计，个人就显得力不从心了。现在把整个执行机构分成：标签输入机构、剪断标签机构、上浆糊机构、贴标签机构四个独立的组成模块，分别进行单独的设计，显然单独设计一个机构要简单多了。四个模块虽然是单独设计的，并不说明它们不存在联系；而恰恰相反，它们的关系是紧密的，缺一不可。要自动完成标签的自动粘贴功能，要求它们相互帮助、相互协调才能完成任务。4 传动的设计4.1平带的设计项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果(1)主带轮直径 见1表7-5100100(2)从带轮直径见1表7-5100100(3)传动比设计带轮直径相同100(4)带速按规定每1秒一个瓶(5)轴间距根据需要确定a见1表7-3a 1.5（100100） 300a900(6)平带长度 29003.14100 2114 L2114(7)平带胶布层数m见1 表7-4和表7-6根据实际情况进行选取m3m3续上表(8)平带宽度见1 表7-51251254.2带轮的设计4.2.1平带轮的设计要求设计平带轮时，应使其结构便于制造，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造产生过大的内应力，时要进行静平衡，时应进行动平衡。平带轮工作表面应光滑，以减少平带的磨损。4.2.2平带轮的材料灰铸铁应用最广，当时选用HT200。4.2.3平带轮的结构设计由于d100mm130mm，则采用实心式平带轮。项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果(1)带轮宽度b见1表7-5b140b140(2)孔径根据轴的直径=13=134.2.4联接平键的选型见1表5-4轴键轴 t毂 键长L公称直径公称尺寸公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差1355302.3040由于本设计所传递的力极小，因此对所选平键无需进行强度校核。4.3轴的设计4.3.1主动轴图4.1 主动轴由于在本设计中该轴所承受的力极小，因为对轴的设计无需进行强度校核。4.3.1.1确定各轴段直径名称依据单位确定结果1段：考虑步进电机的轴为11，取11112段：考虑轴承的内圈直径为12，取12123段：考虑，取13134段：（0.10.5）0.2132.6 2=135.218.2185段：（0.070.1）0.1121.2 2122.414.4146段： 12124.3.1.2计算各轴段长度名称计算公式单位计算结果1段：考虑到联轴器L=22，取22222段：轴承厚度为8，套筒长度为7，则588723030续上表3段：带轮宽度为140，：2 25段： 996段：等于轴承厚度，8 8L（总长）L2094.3.1.3轴承及轴承润滑方式轴承型号基本尺寸（mm）数量(个)dDB302101228842.38带轮的圆周速度，轴承润滑方式常采用润滑脂润滑。润滑脂的润滑膜强度高，能承受较大的载荷，不易流失，容易密封。4.3.2从动轴图4.2 从动轴由于在本设计中轴所承受的力很小，所以在设计中无需对轴进行强度校核。4.3.2.1确定各軕段直径名称依据单位确定结果2段：考虑轴承的内圈直径为12，取12123段：考虑，取13134段：（0.10.5）0.2132.6 2=135.218.2185段：（0.070.1）0.1121.2 2122.414.4146段： 12124.3.2.2计算各轴段长度名称计算公式单位计算结果1段：考虑到轴承厚度和套筒长度，872173段：带轮宽度为140，：2 2续上表5段： 996段：等于轴承厚度，8 8L（总长）L1744.4本章小结轴的结构设计，分别从轴的结构设计、轴承及其润滑方式的选择、联接平键的选型，进行详细的说明。由于本装置的设计没有要求校核，因此，没有进行轴和平键的校核计算。但是，在实际生产中的设计，校核是必不可少的。在轴的结构设计时，要考虑制造、安装等工艺性要求。1. 制造安装要求：便于加工，轴上零件易于装拆。2. 定位要求：轴与轴上零件要求准确的工作位置。 3. 固定要求：各零件应牢固、可靠地相对固定。4. 改善受力状况，减小应力集中。 要注意的问题：(轴的零件图见附录)1. 轴的制造安装(1)阶梯状：直径从轴端逐渐向中间增大，便于装拆。 (2)倒圆角：减小应力集中。2. 轴上零件的定位 (1)轴向定位：轴肩、套筒。(2)周向固定：平键、过盈配合。3. 轴上零件的固定(1)轴向固定：轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈等。(2)轴承的定位：轴肩或轴环、轴承盖、螺栓等。4. 轴段直径轴段直径按照轴肩定位高度进行初选；再根据轴上零件的标准尺寸进行确定。5. 轴段长度轴段长度比相配零件轮毂短23mm。6. 改善结构的工艺性(1)各轴段键槽设计在同一加工直线上。(2)轴肩圆角半径应小于相配零件倒角或圆角半径。(3)轴肩高度必须大于相配零件的倒角或圆角半径。5 单片机控制的设计5.1单片机硬件的设计5.1.1单片机单片机选用AT89C51。AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。5.1.2步进电机步进电机输出转角与输入脉冲个数严格成比例关系，能方便地实现正、反转控制及调速和定位。因此，步进电机大多数用于开环控制系统。步进电机不同于通用的直流、交流电机，它必须与驱动器、控制器和直流电源组成系统才能工作。通常我们所说的步进电机，一般指的是步进电机和驱动器的成套装置。步进电机的性能在很大程度上取决于矩频特性，而其矩频特性又和驱动器的性能好坏密切相关。步进电机的驱动器包括脉冲分配器和功率放大器两个主要部分，它们统称为驱动电源。因执行机构中标签输入机构所需动力比较大，其他机构所需动力都比较小，而拉标签所需的力又不需很大，又因执行机构完成的任务精度要求比较高，因此这里选取了动力不是很大，步距角比较小的75BF003步进电机；平带比较长，而且其上放有比较多的啤酒瓶，平带与带轮间所需的摩擦力要求比较大，因此这里选取了动力比较大的110BF003步进电机。5.1.3脉冲分配器脉冲分配器又称环形分配器，它是根据指令脉冲信号按一定的逻辑关系加到功率放大器上，使各相绕组按一定的顺序和时间导通和切断，并根据指令使电动机正转、反转，实现确定的运动方式。脉冲分配器分为：硬件环形分配器和软件环形分配器。为了节省成本，此处运用软件环形分配器。步进电机采用了三相六拍的通电方式，即AABBBCCCA顺序循环通电，步进电机此时正转。单片机可以通过P1.0P1.2和P0.0P0.2并口输出信号，使步进电机获得三相六拍的运动脉冲。这里采用了查表法来得到结果。将正转的六个数据分别存放在ROM的六个单元中，如表5-1所示。表5-1 并口输出分配表P1.2/P0.2P1.1/P0.1P1.0/P0.0输出数据（十六进制）C相B相A相0011H0113H0102H1106H1004H1015H表中“1”表示通电状态，“0”表示断电状态。执行程序时，依次将环形分配表中的数据，也就是对应的存储单元的内容送到并口P1和P0，使P1.0P1.2和P0.0P0.2依次送出有关的信号，从而是电动机绕组轮流通电。5.1.4功率放大电路步进电机的功率放大电路实际上是一种脉冲放大电路。从环形分配器输出脉冲信号是很弱的，必须经过功率放大电路将脉冲信号放大后才能驱动步进电机运行。步进电机驱动电路的核心是如何提高步进电机的快速性和稳定性。步进电机的电流比较大，此处的则选用中功率的达林顿晶体管，这种晶体管可以瞬间放大到110安培，足以应付大多数的步进电机。当然，不管使用那个晶体管或达林顿管，都需要足够的输入电流才能输出较大的驱动电流。而8051的任一个输出口在高态时，其输出电流都非常微小，最好能先经过一个CMOS的寄存器（如4050），方能确保提供足够的基极电流。当然在每相的驱动电路里，还是需要一个基极电阻，以抑制过大的基极电流，而在输出端，也要连接一个1N001，提供电感（步进电机的绕组）的放电路径，如图5.1所示。图5.1 电路图如图5.1所示 按钮1是复位按钮 按钮2是启动/停止按钮（接INT0） 按钮3是定位按钮（接P1.6） 按钮4是行程开关（接P1.7）5.2控制时间的计算MCS-51系列单片机内部有两个16位的可编程定时/计数器。定时器（T0）和定时器（T1）属于单片机的两个内部中断源，它们都是定时或事件计数的功能，可以用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。每个定时/计数器，实质上是特殊功能寄存器中一个16位加“1”计数器，由高8位和低8位两个寄存器组成，T0由TH0、TL0组成，T1由TH1、TL1组成。T0、T1的工作主要由特殊功能寄存器TMOD、TCON控制。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，由它确定定时/计数器色工作方式和功能；TCON是定时/计数器的控制寄存器，用于控制T1、T0的启动、计数和停止设置溢出等标志。通过编程TMOD、TCON可设定任意一个或两个定时器工作，并使其工作在定时/计数方式。c51单片机定时/计数器是一个加“1”计数器，其定时时间可由装在定时寄存器内部的初值决定。定时器初值计算：定时时间t（初值）机械周期，式中的x由定时器工作方式决定，分别为13、16、8。又因系统的晶体振荡器为12MHz，则机械周期为：所以定时器工作在方式0时，最大定时时间：t=(0)18192us定时器工作在方式1时，最大定时时间：t=(0)165536us定时器工作在方式2时，最大定时时间：t=(0)1256us定时器的工作方式0的功能切换模式与工作方式1的完全一样，而启动模式也一样。换言之，工作方式1可以完全取代工作方式0，因为工作方式0难用又没必要性。而工作方式2有自装计时初值的功能，但计时时间太短，故选择方式1为定时器的工作方式。设计中用到了两个步进电机，一个步进电机1，一个步进电机2，因为他们的步距角不同，而且设计出来的运行速度不同，所以要分别以不同的脉冲环形分配器分别控制，以达到满足要求的运行速度。现以T0、T1分别以中断方式控制大、步进电机1，T0、T1都工作在方式1，每达到预定时间就令步进电机按特定的规律运行。5.2.1步进电机1的速度与时间由3.3节可知，步进电机1的运行速度为360每秒，又因步进电机1的步距角为15，所以步进电机1每运行一步所需时间：为了计算方便，现取步进电机1每运行一步所需时间：因为步进电机每走一步就要求单片机输出一个脉冲，因此就需要单片机每40000us就要输出一个脉冲。又因步进电机1走一圈需要z步：因此步进电机1实际运行一周的时间：240.