助老型全自動“方便閱讀架”機械、控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制作【含全套CAD圖紙】【GC系列】

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目 錄 內(nèi)容摘要................................................................ I Abstract................................................................. II 1 導(dǎo)言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 1.1 主題來源．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 1.2 方便閱讀架的研究目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 1.3 方便閱讀架的課題規(guī)劃................................................ 2 1.4 方便閱讀架的意義及市場前景.......................................... 2 2 課題設(shè)計任務(wù)書．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 2.1 課題名稱．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 2.2 設(shè)計要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 3 工作原理與制作過程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 3.1 概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 3.2 工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 3.3 方便閱讀架各個零部件及其功能介紹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 4 各部件設(shè)計及參數(shù)設(shè)定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 4.1 同步齒形帶傳動機構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 4.2 步進電機絲杠傳動機構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13 4.3 動力系統(tǒng)的設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 4.4 控制系統(tǒng)的設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20 5 總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 5.1方便閱讀架的特點及優(yōu)勢............................................... 28 5.2方便閱讀架的不足及未來發(fā)展........................................... 28 參考文獻................................................................ 29 附錄：開題報告(數(shù)據(jù)報告) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 30 致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 38 譯文 面向提高加工零件幾何質(zhì)量的機床優(yōu)化調(diào)整 摘要: 制造工業(yè)必須提升其工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，這就是為什么工業(yè)需要質(zhì)量可控性工具以及方法的原因。在本文中，為了盡可能保證適用于零件的一系列功能設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，我們提出了一個允許機械工具優(yōu)化調(diào)整的方法。設(shè)備必須使用ISO標(biāo)準(zhǔn)定義的最大的材料設(shè)備。 根據(jù)所提出的方法做出了一個幾何模型。富含調(diào)整參數(shù)的互換性邊界構(gòu)成了該模型的基礎(chǔ)。這個幾何模型和第一批生產(chǎn)零件的對比使我們獲得了調(diào)整參數(shù)的變量。這些變量可以直接糾正了（機床）其后的零件在最大程度上遵循功能需求時機床的特定行為。至少，這個方法給出了統(tǒng)計型進程控制邁出了的第一步。 關(guān)鍵詞：調(diào)整; 幾何質(zhì)量控制; 機械加工; 公差 引言 如今市場的波動和時尚要求越來越需求創(chuàng)新和不同的模式。隨著批量規(guī)模的縮小，在盡可能降低花費同時減少延遲的情況下設(shè)計生產(chǎn)最優(yōu)產(chǎn)品是必要的，因此，必須采用并行工程的概念，這在工業(yè)和學(xué)術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。零件的設(shè)計，計劃進程甚至是產(chǎn)品系統(tǒng)都要同時進行。 圖1展示了集成設(shè)計和制造中包含的不同項目。我們注意到產(chǎn)品（或工作部件），制造進程（機器加工，成型，裝配等等）以及制造原料（機械，工具）以便于獲得生產(chǎn)進度，同時還有可制造工作部件甚至是制造系統(tǒng)。產(chǎn)品設(shè)計的目標(biāo)由規(guī)定所有操作，資源以及最適于功能需求的實際機制所必要的進程組成。這個交互作用必須解決幾個問題：產(chǎn)品質(zhì)量，預(yù)期壽命，產(chǎn)品反應(yīng)能力等等，而且約束條件為：花費，市場，安全性，合法性等等。為了解決這些諸多問題，方法，模型和工具已被使用。對于每個使用者（設(shè)計室，制造，銷售，生產(chǎn)等等）其中的任何一個都必須是具有代表性，而且貫穿產(chǎn)品生命周期的幾個階段。 在本文中，我們將致力于制造產(chǎn)品的幾何質(zhì)量。其中一種提高產(chǎn)品質(zhì)量的方式是通過以下方式控制幾何公差： -調(diào)整機床以便于在最大程度上遵循適用于零件的功能需求。 -模擬制造失誤引起的幾何影響并調(diào)整參數(shù)以遵循功能需求。 因此，我們提出一些工具和方法允許我們解決第一點。我們工作在大規(guī)模生產(chǎn)的制造環(huán)境中。這些零件有相同的尺寸且每種型號的零件都彼此相隔開。我們假設(shè)它們是嚴格關(guān)注局部變形和整體變形。這就是為什么制造誤差比實際變形大的原因，因為僅有調(diào)整和公差是可控的。此外，我們也可連接調(diào)整參數(shù)的值和功能需求的值，即適用在機械零件中。這樣，目標(biāo)是為了控制機床的調(diào)整參數(shù)，使它滿足功能需求。 調(diào)整任務(wù)與公差任務(wù)，為了了解調(diào)整的問題，首先我們不得不定義公差作業(yè)。公差作業(yè)是機械制造幾何定義的一個子集。僅限于幾何方面，設(shè)計產(chǎn)品需要兩個研究。 第一個由選擇被設(shè)計的解決方案和提出實際機械制造的制造進程組成。實際制造是功能需求的解釋。這項研究的主要目的是獲得技術(shù)繪制。繪制需要極其重視各零件間的關(guān)系，尤其是制造生產(chǎn)中的（關(guān)系）。 第二個研究分析并驗證了先前研究的結(jié)果。機械制造的兩個方面在同一時間被研究。 -定義了名義上幾何的標(biāo)注尺寸。 -對實際幾何和名義上幾何之間的細小偏差感興趣的公差。 因此，我們現(xiàn)在可以根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計給出公差的目標(biāo)： 公差的目標(biāo)包括控制機械制造中介于實際幾何和名義幾何間的小偏差以便于最大程度遵循其功能需求。 如果問題是控制制造前小偏差的影響，我們不得不解決一個模擬產(chǎn)品繪圖的問題來展示結(jié)果。 如果小偏差的控制發(fā)生在制造期間，我們不得不調(diào)整機床。 因此，調(diào)整是常用公差問題中的實踐性和技術(shù)性方面。調(diào)整和公差有著相同的目的。 機床的調(diào)整 3．1 功能要求和ISO語言 關(guān)于調(diào)整的定義，優(yōu)化調(diào)整需要一個功能要求的準(zhǔn)確表達。通常，裝配和定位是兩個有幾何表達的被研究的功能要求。 邊界的概念巧妙的解釋了裝配環(huán)境。如果它所有加工點沒有任何一個妨礙互換性邊界，這個機械裝置的零件就能配合其他所有部分。ISO標(biāo)準(zhǔn)5允許材料在最大需求條件下在垂直方向的使用。這種情況描繪了近乎完美的邊界概念和功能需求裝配。如果一個被制造零件整體位于互換性邊界的良好一側(cè)，它才適合使用。在不違反邊界條件下如果一個零件的物質(zhì)接近邊界反而更好。因此，偏差，更準(zhǔn)確的說，是遵循功能、介于部件和邊界的數(shù)值評估差值。 另一方面，ISO標(biāo)準(zhǔn)語言并不能被準(zhǔn)確翻譯其定位的功能需求。實際上，標(biāo)準(zhǔn)語言不能完全地考慮不同形式的影響或局部變形的影響。根據(jù)技術(shù)繪圖，主要影響是優(yōu)良零件不與其他零件相容，且根據(jù)功能（需求）優(yōu)良零件也被拒絕（使用）。因此，這個產(chǎn)品不是最優(yōu)的。 實際上，根據(jù)ISO語言中的定位條件，沒有人可以使機械工具最優(yōu)化。除了公差帶中的錯誤分布之外，公差的ISO幾何模型考慮了所有形式的特征偏差。因此，裝配的兩零件間的位置偏差并不被推測為有實際關(guān)聯(lián)。這就是為什么這篇文章提供了一種僅考慮裝配條件的方法的原因。此外，為了加大優(yōu)化程度，裝配條件必須采用材料需求最大值以及垂直方向。 圖3展示了調(diào)整過程中出現(xiàn)的不同數(shù)量以及零件加工的防未知干擾調(diào)整。 調(diào)整機床要求連接加工表面和機床的工作部分。由于調(diào)整工作、加工進程以及機床的動靜行為造成的許多錯誤和未知性，因而這不能一次成功。這些不確定性就是制造偏差的起因。為了控制一些例如螺栓、可逆性位移和導(dǎo)軌缺陷等一些不確定性因素影響，機床建造人員會在傳統(tǒng)機床的數(shù)控單元或可調(diào)下降保護器中放置一些調(diào)整元素。這些參數(shù)的修改允許不確定帶相較于實際位置產(chǎn)生位移。這個顯示數(shù)量的尺寸就是長度。 反過來，（因為）它確保遵循功能需求，所以加工的尺寸數(shù)量更加復(fù)雜。所以在實踐中，這些需求必須被翻譯為兼容長度的尺寸。因此，測量任務(wù)的目標(biāo)是評定功能的遵循情況以及在兼容調(diào)整參數(shù)下給出測量數(shù)量。顯示數(shù)量和測量數(shù)量的差值給出測量參數(shù)調(diào)整值。 3．3 調(diào)整模型校正測定 我們規(guī)定在互換性邊界的幾何表現(xiàn)（圖）上建立一個模型。與調(diào)整參數(shù)一致的尺寸的變化，允許我們對模型變形。例如，這允許我們用調(diào)整最佳的模型去配合通過被坐標(biāo)測量機初次加工的零件給出的幾何圖。在移動和變形模型之后，尺寸的變化給出了調(diào)整參數(shù)精確的調(diào)整值。因此，在已經(jīng)介紹了這些校正后，接下來被加工零件就有更多機會去配合最佳互換性邊界，因而符合功能需求。 幾何調(diào)整方法 為了解釋提出的方法，我們使用了工業(yè)調(diào)整問題中具有代表性的應(yīng)用。下面的技術(shù)繪圖（圖4） 根據(jù)ISO2692標(biāo)準(zhǔn)中的敘述規(guī)定了被制造零件。其第一功能就是要遵循裝配環(huán)境：當(dāng)蓋子位于A平面且一根軸穿過C圓筒時，兩個螺栓必須與零件配合。蓋子是在傳統(tǒng)機床上加工，用一個鉆孔工具鉆出兩個直徑為12.5mm的孔，位于A平面。一個鉆孔工具完成直徑28mm的孔。三個縱向可調(diào)下降保護器將每個床身固定在工作位置。機器給出其他的交叉位置以及鉆孔指示。 這與數(shù)控機床沒有區(qū)別；僅是我們來處理數(shù)字中斷罷了。 幾何調(diào)整模型 幾何調(diào)整模型是基于垂直條件的幾何特征結(jié)構(gòu)。特征安裝在準(zhǔn)確位置。這個模型必須包括使用最大材料需求定義數(shù)據(jù)的特征。最小幾何約簡元素和尺寸特性代表著每個特征。然后這個模型根據(jù)機床的可調(diào)整能力被參數(shù)化。L1和L2使縱向孔位置參數(shù)化。R1、R2和R3使孔直徑參數(shù)化。L1，L2，R1，R2，R3在ISO17450-1的協(xié)調(diào)下均被參數(shù)化，換句話說，根據(jù)波音的定義它們幾乎是關(guān)鍵流程參數(shù)， 初始調(diào)整，鉆孔以及測定。 首先，機床根據(jù)零件的表面尺寸被初次調(diào)整。接下來，第一個零件被加工。通過使用坐標(biāo)測量機的測定作業(yè)從被加工零件的表面提取點?，F(xiàn)在，一系列被測點Mi代表者每個特征。 調(diào)整模型和被提取點間的偏差 我們現(xiàn)在還在尋找調(diào)整模型和被提取點之間的最佳配合。我們必須指定被測點Mi和屬于調(diào)整模型其自身的點I之間的偏差。出于這個考慮我們采用隔離初始調(diào)整模型而是使用點I的運動定義的非共面直線對位移的原則。我們采用被測點和移動模型表面的點之間偏差的準(zhǔn)確表達。 這種方法表明通過表面特征的幾何特性和被測點的知識，約束可以確定移動模型的表面點。然而，常規(guī)加工特征中一直是可行的：平面，圓柱，球，圓錐，拋物線，大齒輪表面等等。對于初始位置的最小幾何約簡元素的認知定規(guī)定了初始調(diào)整模型。微位移非共面直線對正式表達了初始約簡元素的移動。 這個關(guān)系給出了投影在R基準(zhǔn)面上的點O出位移因素： -α，β，γ 是R基準(zhǔn)面中S小三角位移的構(gòu)成。 -u,v,w是屬于S的點O變化的微小位移的構(gòu)成。 這個SDT也可以被等同的描述為一個4*4矩陣。 這些數(shù)學(xué)關(guān)系允許我們輕松的計算出每個特征（通過其自身的幾何約簡元素定義）的不同模型（表面的，運動的）和依附于零件定義的其特別因素（特性）。 運動約簡元素描繪出了調(diào)整模型。被測點Mi和表面點I之間的偏差被運動約簡元素正式求出。初始模型的原始因素允許變大而產(chǎn)生形變。 因此，對于每種形狀（平面，圓柱），偏差從初始模型的約簡元素中表達其自身，被測點，非共面直線對的未知數(shù)以及模型初始因素的變化。 圖7展示了小于被測點和其表面點間偏差的不同操作。 這個模型代表了依附于機床的表面零件，與機床的調(diào)整因素相一致的初始因素，且每個缺口代表著首批零件和表面零件間的偏差。未知數(shù)允許我們將不同數(shù)據(jù)的機床和坐標(biāo)測量機配合。未知數(shù)和因素的變化會改變偏差。解決調(diào)整因素的校正解決校正等于找到約束條件下最優(yōu)化問題的答案。答案的目標(biāo)是找出最適合被測點的移動形變模型。盡管如此，被測點并不違反模型的限制。 數(shù)學(xué)描述為： 目標(biāo) 零件和調(diào)整模型的最佳配合 我們找到了最大偏差的最小值 約束 對任意偏差小于零，如果正交矢量的方向沒有偏離問題，就沒有被測點違反模型的限制 因素 SDT未知數(shù)和模型自身的特別因素 約束條件下最優(yōu)化的結(jié)果給出了特別因素的準(zhǔn)確值，這樣之后的零件就能最好的適合功能需求。經(jīng)典求解程序軟件的使用可以通過數(shù)字法或分析法來解決這個優(yōu)化（問題）。 圖8展示了改良環(huán)的回轉(zhuǎn)（運動）。 圖9展示了調(diào)整模型和首批零件之間最佳配合的最后相關(guān)位置。 我們已經(jīng)將這種方法在一些實際加工中運用。我們注意到首批零件（加工）之后機床調(diào)整應(yīng)有一個合理、迅速的改良。確實，這個進程糾正了初始靜態(tài)調(diào)整偏差但是卻留下了一些與首批零件加工偏差一致的錯誤。通常來說，靜態(tài)調(diào)整錯誤比制造錯誤要大?？紤]了接下來的零件，我們已經(jīng)規(guī)定了一個策略來改良機床調(diào)整以及糾正殘余加工錯誤。以簡單的例子，零件j之后的因素p的糾正 Cj等同于零件j獲得的因素Pj的對立變化，被j除。 結(jié)論評論： 因為我們求出了調(diào)整因素在最符合功能需求條件下的調(diào)整值，（所以）提出的方法是最優(yōu)化的。有了這個方法，盡管每次糾正是屬于單維空間，我們?nèi)钥梢钥刂票患庸ち慵娜S方面。 即使它們不與調(diào)整因素相一致，這個方法也允許我們控制偏差引起的影響。描述那些偏差是沒有必要的。例如，孔的半徑的增加會控制鉆孔工具和支撐平面間的角度偏差；然而，我們沒有必要去確定它。 這個方法的運用足夠控制公差。公差的模擬不需要工藝。調(diào)整方法和經(jīng)驗允許我們根據(jù)功能需求去控制制造偏差。根據(jù)單個進程的實踐選擇，零件是最優(yōu)制造的。 至少，這種方法是數(shù)控進程的第一步。與監(jiān)督因素一致的偏差；調(diào)整因素控制進程。 英文文獻翻譯 內(nèi)容摘要：本設(shè)計擬設(shè)計一種老年人閱讀時使用的放大鏡擱置的擺放支架，它不僅可以按照老人閱讀的速度調(diào)整縱向（y）/橫向（x）的位置，實現(xiàn)類似我們利用電腦閱讀時的自動滾屏操作。該閱讀書架是利用直線電機設(shè)計的一種新穎的機械結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)利用手動遙控控制放大鏡能在x和y方向自如的移動，以實現(xiàn)閱讀不同的區(qū)域。本設(shè)計基于機械設(shè)計及其自動化、力學(xué)、材料學(xué)、工業(yè)設(shè)計等相關(guān)專業(yè)學(xué)科的知識體系的前提下完成設(shè)備的發(fā)明和制做。應(yīng)用機械專業(yè)的相關(guān)知識完成產(chǎn)品的總體設(shè)計，應(yīng)用力學(xué)，材料學(xué)的相關(guān)知識完成對產(chǎn)品的受力、壽命，成本等方面的檢測，在工業(yè)設(shè)計的知識體系下應(yīng)用美學(xué)與外觀設(shè)計等知識對產(chǎn)品的外觀進行美化，使產(chǎn)品更人性化，更安全。應(yīng)用各種傳動機構(gòu)實現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)期設(shè)計功能，主要運用步進電機帶動絲杠，同步齒形帶，等簡單的機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對放大鏡移動的控制。 關(guān)鍵詞： 力學(xué) 機械設(shè)計 自動化 步進電機 機電一體化 Abstract: This design is proposed to design a place bracket for magnifying glass used in the reading of the old people. It can not only adjust the vertical (y) / horizontal (x) position according to the speed of the old people reading, to achieve the automatic roll screen operation similar to the use of computer reading. The reading shelf is a novel mechanical structure designed by using linear motor, and it can be implemented using the manual remote control a magnifying glass moving freely in the x and y directions, in order to realize the reading different area. This design based on mechanical design and automation, mechanics, materials science, industrial design or related professional discipline knowledge system to complete the invention of the equipment and manufacturing. Application of mechanical professional knowledge to complete the overall design of the product, Applied mechanics, materials science related knowledge to complete the product's force, life, cost and other aspects of the detection, Under the knowledge system of industrial design, the application of aesthetics and design knowledge to beautify the appearance of the product, to make it more humanity, more secure. Application of various transmission mechanism to achieve the expected design product function, mainly using the stepper motor drive screw, simple mechanical structure such as synchronous cog belt to achieve control of the movement of the magnifying glass. Key Words: mechanics Mechanical design Automation Stepper motor Mechatronics II 助老型全自動“方便閱讀架”機械、控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制作 Automatic "convenient reading frame" design and manufacture of the mechanical and control structure 2 助老型全自動“方便閱讀架”機械、控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制作,主要結(jié)構(gòu)構(gòu)成,同步帶傳動機構(gòu) 直線電機傳動機構(gòu) 調(diào)焦機構(gòu),,X方向,,,同步齒形帶傳動機構(gòu)包括39步進電機，同步帶，皮帶輪，連接桿，放大鏡，連接片，直線軸承，緊定螺釘，緊固螺母，螺栓等組成。 結(jié)構(gòu)特點：由安裝在左側(cè)的39步進電機帶動左側(cè)皮帶輪轉(zhuǎn)動，放大鏡調(diào)整結(jié)構(gòu)通過螺栓固定在皮帶上上方通過連接片將放大鏡與連接桿上的直線軸承連接固定，從而可以使皮帶可以帶動整個放大鏡調(diào)整機構(gòu)沿X方向平移。由于整個放大鏡調(diào)整裝置是吊裝在連接桿上的，從而皮帶不會發(fā)生傾覆現(xiàn)象，可以正常平穩(wěn)運行。,,Y方向,,放大鏡固定在皮帶上，通過皮帶的運動，帶動放大鏡左右運動。 放大鏡通過支架固定在兩皮帶輪間的連桿上，因此皮帶不會發(fā)生側(cè)翻的現(xiàn)象，支架和連桿之間安裝有一個直線軸承，減小放大鏡左右運動的阻力。在放大鏡左側(cè)安裝了調(diào)焦絲杠，讀者可以通過轉(zhuǎn)動調(diào)焦旋鈕，可以控制放大鏡沿Y軸運動達到調(diào)焦的目的。,Z方向,步進電機絲杠機構(gòu)包括42步進電機、彈性聯(lián)軸器、絲杠螺母、軸承座、橫向連接軸、螺釘、十字螺釘、托板支架、緊定螺釘、緊固螺母等組成。 結(jié)構(gòu)特點：由42步進電機提供動力帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠上的絲杠螺母通過橫向連接軸帶動整個同步齒形帶傳動機構(gòu)Y方向運動。,單片機控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)主要用來控制電機的啟停以及正反轉(zhuǎn)，選擇51單片機進行控制。單片機的P0.0，P1.1端口接到步進電機驅(qū)動器的PUL（脈沖信號負端）， P1.0，P1.2接到步進電機驅(qū)動器的，DIR（方向信號負端），其公共正 端接到單片機VCC端口。由于單片機VCC電源為+5V，所以無需串接電阻R。 步進脈沖信號CP：通過高低電平的組合，產(chǎn)生脈沖序列。 驅(qū)動器每接收一個CP信號，就驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)一個步距角。 CP脈沖頻率改變會使電機轉(zhuǎn)速改變 方向控制：方向電平信號DIR用于控制步進電機的旋轉(zhuǎn)方向，此端為高電平時，電機一個轉(zhuǎn)向；此端為低電平時，電機為另一個轉(zhuǎn)向。,速度調(diào)整：定時器定時時間越長，脈沖頻率越低，轉(zhuǎn)速越慢； 定時器定時時間越短，脈沖頻率越高，轉(zhuǎn)速越快； 紅外接收：按動遙控器的按鍵，單片機接收某一個按鍵的鍵值， 實現(xiàn)該鍵值所對應(yīng)的功能。,優(yōu)點,1、結(jié)構(gòu)簡單，易于生產(chǎn)制造。 2、操作方便，控制靈活，適合老年人使用。,缺點,1、速度控制不是很方便。 2、整體結(jié)構(gòu)偏重。 3、自動化程度不高。, 助老型全自動“方便閱讀架”機械、控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制作 1. 論文題目 助老型全自動“方便閱讀架”機械，控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制作 2. 論文結(jié)構(gòu) 2.1 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)想 論文的總體結(jié)構(gòu)將做如下安排： 1.綜述目前機電一體化發(fā)展和應(yīng)用的現(xiàn)狀，社會老齡化問題出來的各方面問題以及機電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。 2.將服務(wù)老年人的任務(wù)和機械產(chǎn)品相結(jié)合，開發(fā)設(shè)計出一種能夠幫助高齡老人，總結(jié)市場上現(xiàn)有閱讀書架的結(jié)構(gòu)特征和特點，將其與機械結(jié)構(gòu)巧妙結(jié)合，以實現(xiàn)預(yù)期的功能，對其整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計與優(yōu)化。 3.對于助老型全自動“方便閱讀架”結(jié)構(gòu)特點以及工作原理進行研究及闡述。 4.對“方便閱讀架”的結(jié)構(gòu)和零部件進行設(shè)計、加工、裝配。為該方便閱讀架進行程序的編寫及調(diào)試，使其按預(yù)定的工作狀態(tài)運行。 2.2 選題研究的目的、意義 人口老齡化問題是當(dāng)今世界各國都要而臨的一個嚴峻挑戰(zhàn)。人口老齡化的發(fā)展導(dǎo)致老年人口過多，影響人口年齡結(jié)構(gòu)，結(jié)養(yǎng)老事業(yè)造成巨大壓力。對于我國，這尤為突出，一是我國老年人曰的絕對數(shù)量很大，1996年我國65歲以上的老年人曰已達0. 86億，同年60歲以上的老人已達1. 30億;二是我國人口老齡化的發(fā)展速度快，一般西方國家從人口成年型國家進入老年型國家要經(jīng)過50--80年，而我國大約用不了20年。[1] 目前高齡老年人閱讀是他們了解社會的一種主要渠道，但是高齡老人閱讀確實存在不小的困難，高齡老人的眼睛已經(jīng)嚴重老花，他們閱讀時不僅需要帶上高深的老花鏡，還要手拿放大鏡，這樣才能勉強閱讀，這種閱讀方式不僅勞累，還要隨著閱讀的部位的不同手持放大鏡不斷改變位置，增加了不少的閱讀負擔(dān)。本設(shè)計擬設(shè)計一種老年人閱讀時使用的放大鏡擱置的擺放支架，它不僅可以按照老人閱讀的速度自動調(diào)整縱向（y）/橫向（x）的位置，實現(xiàn)類似我們利用電腦閱讀時的自動滾屏操作，還可以按照手動控制的方式來實現(xiàn)手動控制改變放大鏡的位置，以實現(xiàn)閱讀不同的區(qū)域。 2.3 主要解決的問題 目前市場上的閱讀架，功能比較單一，大多只單單提供了固定書籍位置的功能，并不能滿足高齡老年人閱讀的需求，本設(shè)計要解決的問題主要是為老年人閱讀看報提供一個操作簡單，方便實用的自動化機械產(chǎn)品，以幫助老年人在視力受老花眼限制的狀況下更好地閱讀。有了既定結(jié)構(gòu)的放大鏡閱讀架能夠免去老年人手持放大鏡的不便，可以讓雙手解放出來去做其它事情，還能避免佩戴眼鏡的不適。閱讀架可以通過調(diào)節(jié)按鈕實現(xiàn)放大鏡上下左右平移，同時能夠保證移動速度均勻，優(yōu)化老年人的讀書條件。整個控制過程使用紅外遙控實現(xiàn)，讓使用者可以通過按鍵選擇放大鏡的移動狀態(tài)。讓產(chǎn)品充分發(fā)揮機電一體化產(chǎn)品的特點，使其運行簡單可靠，結(jié)構(gòu)簡易輕便，滿足老年人的讀書看報需求。 2.4 主要工作 主要任務(wù)是利用直線電機設(shè)計一種新穎的機械結(jié)構(gòu)，控制放大鏡的擺放之間能在x和y方向自如的移動，其移動的速度是可調(diào)的，其不僅可以實現(xiàn)不同速度自動移動，還可以實現(xiàn)利用手動的控制手動移動。本設(shè)計要求學(xué)生能按照設(shè)計的基本要求，設(shè)計出裝配的零件圖，還應(yīng)當(dāng)對控制系統(tǒng)有一個初步的設(shè)計，同時還建議本設(shè)計最好能制作出實物。 1.繪制該“方便閱讀架”裝配圖一張 2.根據(jù)裝配圖繪制全套零件圖 3.進行閱讀架采購零件和制作全過程 4.編制該閱讀架的全部控制程序 5.對閱讀架進行調(diào)試 2.5 主要創(chuàng)新點 1.該閱讀書架將傳統(tǒng)書架與放大鏡，單片機控制系統(tǒng)集成在一起，實現(xiàn)自動化方式從而解放雙手，極大提升了老年人閱讀體驗。 2.該閱讀書架結(jié)構(gòu)簡單輕便，攜帶方便，成本低廉，易于生產(chǎn)制造，適合推廣，是一款經(jīng)濟實用型產(chǎn)品。 3.該閱讀書架固定板與移動板之間的距離可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同書脊厚度的放置，提高了書籍的放置平整度，書架的傾斜角度還可以根據(jù)不同的閱讀習(xí)慣進行調(diào)節(jié)，從而達到良好的閱讀效果。 4.結(jié)構(gòu)輕便，加工簡單方便、成本低。 3. 文獻綜述 3.1 步進電機基本原理 步進電機作為執(zhí)行元件.是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展.步進電機的需求量與日俱增.在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號.它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的力向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角’).它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量.從而達到準(zhǔn)確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度.從而達到調(diào)速的日的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機.利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點.廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機(VR) . 永磁式步 進電機(PM).混合式步進電機(HB)和單相式步進電機等。[6] 3.2 機電一體化技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用與發(fā)展 機電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。其基本特征可概括為:機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。 機電一體化基本結(jié)構(gòu)要素： 1.1 機械本體部分 機械本體就像人體的身軀骨架，它是系統(tǒng)所有功能元素的機械支持結(jié)構(gòu)包括機身框架機械連接等。 1.2 動力部分 動力部分與人體內(nèi)臟產(chǎn)生能量去維持生命運動一樣，為系統(tǒng)提供能量和動力功能驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)使系統(tǒng)按照控制要求正常運行。 1.3 傳感部分 傳感部分就像人的眼鼻耳口等感覺器官將系統(tǒng)運行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測變成可識別的信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?jīng)過分析處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。 1.4 驅(qū)動部分 驅(qū)動部分就像人體的肌肋腱接受大腦指揮驅(qū)動四肢運動一樣，在控制信息作用下驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)完成各種動作和功能。 1.5 執(zhí)行部分 執(zhí)行部分如同人的四肢由大腦支配完成各項工作任務(wù)一樣，根據(jù)控制信息和指令完成各種動作和功能執(zhí)行機構(gòu)是運動部件一般采用機械電磁電液等機構(gòu)。 1.6 控制及信息處理部分 控制及信息處理部分猶如人的大腦指揮和控制全身運動并能記憶思考和判斷問題一樣，將來自各傳感器的檢測信息集中存儲分析加工并根據(jù)信息處理的結(jié)果按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令控制整個系統(tǒng)。有目的的運行它一般由計算機可編程序控制器數(shù)控裝置以及邏輯電路A/D 與D/A 轉(zhuǎn)換I/O 輸入輸出接口和計算機外部設(shè)備等組成。[2] 3.6 同步齒形帶的相關(guān)應(yīng)用與發(fā)展 帶傳動按功能可分為摩擦傳動和嚙合傳動。摩擦傳動包括:平帶傳動、V帶傳動、多楔帶傳動等;嚙合傳動有同步齒形帶(簡稱同步帶或齒形帶)傳動。20世紀(jì)70年代以前，平帶傳動在動力帶傳動中占有一定地位，但70年代后期開始，平帶傳動的生產(chǎn)急速下降，到了80年代，同步帶傳動的生產(chǎn)和應(yīng)用逐漸增加，同步帶傳動從以往統(tǒng)計上被列在“其它帶傳動”里，單獨分類出來。 與傳統(tǒng)的帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動相比較，同步齒形帶傳動中，同步帶的工作面有齒，帶輪的輪緣表面也制有相應(yīng)的齒槽，依靠帶與帶輪之間的嚙合傳遞運動和動力，無滑動，能保證恒定的傳動比，預(yù)緊力小。同步帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維繩為承載層，氯丁橡膠或聚氨醋為機體，帶薄而且輕，故可用于高速度，傳動時效率可達98%，使用方便，用途廣泛，集帶、鏈傳動的優(yōu)點于一體。故在機械、儀器儀表、化工、生物醫(yī)療器械、辦公自動化設(shè)備、紡織機械等方面有廣泛的應(yīng)用前景。[3] 3.7 同步齒形帶功能和應(yīng)用 同步齒形帶按功能來分有以下兒種: (1>動力傳動:這種以傳遞動力(能量)為主，傳遞運動(信息)為輔的傳動裝置，一般要求傳動的承載能力高，抗疲勞性能好、壽命長，所以對齒帶的骨架材料要求強度高，曲撓疲勞性好。常用的傳動方式為轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)動，在這種傳動方式中，帶呈封閉狀，主從動軸傳動比恒定。如汽車發(fā)動機上曲軸與凸輪軸之間的傳動，數(shù)控機床的主傳動裝置，均為動力傳動，通過齒形帶傳動將原動機的動力傳遞到各運動部件。 (2>運動傳遞:這種傳動以傳遞運動(信息)為主，傳遞動力(能量)為輔，傳動過程中，外載荷較小，但要求運動精確。所以對齒帶的材料要求在力的作用下帶的變形量小。這種傳動常用的傳動方式為轉(zhuǎn)動一移動或步進式移動。通常又有二種結(jié)構(gòu)形式:(d>直線機頭:同步帶與被驅(qū)動的機頭固聯(lián)時，同步帶夾持在移動機頭上，組成一個閉環(huán)(如圖la); Cb)直線工作臺:同步帶的兩端與工作臺固定在一起，主動輪的回轉(zhuǎn)軸線固定并通過兩個滾子保證輪與帶的嚙合，輪轉(zhuǎn)動后帶動齒帶與工作臺一起移動(圖1b); Cc)直線臺車:齒帶的兩端固定在機架上，而主動輪則配置在托架上，由兩個彎曲的滾子來保證輪與帶的嚙合，輪轉(zhuǎn)動后，使與主動輪聯(lián)接在一起的托架一起作直線移動(圖c)(見Breco公司產(chǎn)品說明(1),(2), (3))。圖2為德國Stoll公司的CMS系列電腦控制高性能釗一織橫機機頭運動小意圖，機頭與同步齒形帶固聯(lián)，齒帶輪由伺服電機驅(qū)動，使帶作來回直線運動，從而帶動機頭在有實際作用的織釗一上來回作步進運動，最高線速度可達3米每秒橫機由傳動機構(gòu)確保機頭的定位精度。保證織物質(zhì)量(見St011公司產(chǎn)品說明(德))。除此以外，利用同步齒形帶傳遞運動的實際應(yīng)用還有很多，如機器人的機械手的運動控制、繪圖儀中筆尖的運動控制、噴墨打印機中噴墨頭的位置控制、數(shù)控機床中的進給裝置都屬于這類運動。 (3)特殊功能:在這類傳動中，通常在齒形帶的背而鑄造一些特別外形，如在帶背后做成輸送帶等，完成特殊功能。圖3中(a)為輸送帶，(b)為牽引帶，(c)為存儲帶。 3.8 老年人情感產(chǎn)品設(shè)計原則 老年人讀報器的設(shè)計采用情感設(shè)計的設(shè)計方法，老年人的情感體驗作為整個 產(chǎn)品設(shè)計的出發(fā)點和最終落腳點。將老年人讀報的每一個細節(jié)需求點和每一個設(shè) 計策略相結(jié)合，把他們的意識到的和他們下意識的情感需求放到首位。所以整個 產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)遵循以下五點基本原則: 1.安全性原則 我們都知道，老年人的身體機能逐漸衰退，對產(chǎn)品的使用能力和反應(yīng)都不如從前。產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)要考慮到老年人使用時的各種不便和危險情況事先做出預(yù)防，根據(jù)他們的生理特征和使用的環(huán)境場所避免不利的因素發(fā)生。產(chǎn)品的材質(zhì)上要盡可能運用防滑，耐摩系數(shù)較高的材料方便拿握，即使摔也不易損壞。材料的環(huán)保性上要安全綠色，以防他們較低的免疫系統(tǒng)易受到侵襲。屏幕的光亮度要適中，太亮?xí)夏耆说难劬Ξa(chǎn)生刺激，太暗則對他們的眼睛造成負擔(dān)，容易出現(xiàn)疲勞。 2.易用作原則 易用強調(diào)的是在不看任何說明書，無人指導(dǎo)的情況下，就可以自然的適應(yīng)和 使用。使用的方法應(yīng)當(dāng)是十分自然的，采用多渠道的設(shè)計提示方法，輸入和提示 語言不僅從視覺上還將從聽覺、肢體語言等多方面進行引導(dǎo)，從產(chǎn)品形態(tài)就能理 解使用方法。在他們年輕的時候沒有太多使用電器的經(jīng)歷，上網(wǎng)的經(jīng)驗更少，這一點尤其重要。 3.合理性原則 合理性原則是產(chǎn)品設(shè)計時必須遵守的一點，它是既是最基本的也是很必要的。老年人產(chǎn)品的合理性就要求產(chǎn)品符合老年的年齡特點、老年人的人體工程學(xué)、行為習(xí)慣等要素，以這些為參考標(biāo)準(zhǔn)開展設(shè)計方案，修改設(shè)一計細節(jié)，在形態(tài)、材料、顏色、結(jié)構(gòu)、功能等方功}做出相對應(yīng)的調(diào)整來完善產(chǎn)品。 4. 實效性原則 老年人都有著勤儉節(jié)約的美德，他們不習(xí)慣鋪張浪費，堅守著務(wù)實的生活態(tài) 度和樸素的消費理念。在功能設(shè)置上不要畫蛇添足應(yīng)以實用為主，形態(tài)和界面設(shè) 計上也不必過于花哨，復(fù)雜的功能設(shè)計和華而不實的形態(tài)界面不僅增加了產(chǎn)品的 售價更加大了產(chǎn)品的操作難度。老年人產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)在耐用性、可靠性和穩(wěn)定性上 多下功夫。 5.適當(dāng)性原則 適當(dāng)設(shè)計理論實際上是一種適度設(shè)計的理論，它主張為滿足消費者合理的、 適度的消費需求，讓產(chǎn)品引導(dǎo)消費者正確的消費觀念。老年人產(chǎn)品功能上的適當(dāng) J勝體現(xiàn)在功能實用、簡便，減少使用頻率低的附加功能設(shè)置。形態(tài)上的適當(dāng)性體 現(xiàn)在清晰而明確的按鍵設(shè)計及樸素大方的造型特點。 4. 參考文獻 [1] 李日邦，王五一，譚見安，何洋，楊林生. 我國人口老齡化發(fā)展的階段、趨勢和區(qū)域差異[J].1999,(06),No 2,Vol 18. 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