自动翻书机方案说明书

1、机电一体化产品设计说明书自动翻书机系统方案设计1 设计任务1.1 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。1.2 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

2、扫描书本16K和32K页面长宽高600400800mm自重8.5Kg2 自动翻书机系统方案图1 自动翻书机系统装配图如上图图1所示，是自动翻书机系统装配图，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 自动翻书机系统翻页示意图2.1 固定执行机构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3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

3、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。图3 书本固定夹2.2 翻书执行机构翻书执行机构包括吸附机构和翻页机构。2.2.1 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。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

4、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， 图4 真空泵工作原理 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。图5 采用带静电或强磁的吸附头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，且保证吸附头间断性长时间停留在未吸附状态，使得翻页片能正常工作。

5、图6 吸附杆上下运动吸附机构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。图7 翻页片导向槽机构2.3 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

6、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。具体方案见本文的控制部分。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。2.4 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

7、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

8、左右。 2.5 电机驱动执行机构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

9、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17Kg。3 真空泵的选取根据密封长度，真空容积确定真空系统总漏气量根据密封长度估计泄漏量：假设装置密封情况正常，取k=0.2g/(h.m)根据真空容积估算泄漏量，（2）计算总抽气量Q（3）计算抽气速率空气的相对分子质量（4）将换算成泵厂样品规定条件下的抽气速率（5）根据抽气速率和真空度要求，拟选用2BE1 1530真空泵，其抽气速率在20Kpa下，S=9.22