自動(dòng)蓋章機(jī)的設(shè)計(jì)與制作畢業(yè)論文

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1、2016 年度本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）自動(dòng)蓋章機(jī)的設(shè)計(jì)與制作院 系： 工學(xué)院機(jī)械系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 年 級(jí)： 2012 級(jí) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 導(dǎo)師及職稱： 2016 年 4 月2016Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate Design and manufacture of automaticstamping machineDepartment: Mechanical Engineering Department, College of EngineeringMajor: Mechanical

2、 Engineering and AutomationGrade: 2012Students Name: Student No:Tutor: Professor Finished by April, 2016Comment vcx1: 上傳電子文檔作者和指導(dǎo)教師處不用簽名、日期不填。Comment vcx2: 上傳電子文檔作者和指導(dǎo)教師處不用簽名、日期不填。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和

3、集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說明本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解紅河學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：日期： 日期： Comment vcx3: 表中各項(xiàng)信息按此模板填寫全。楊榆 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯委員會(huì)(答辯小組)成員名單姓名職稱單位備注王鴻鈞教授紅河學(xué)院工學(xué)院機(jī)械系組長張文

4、斌教授紅河學(xué)院工學(xué)院機(jī)械系成員蘇艷萍副教授紅河學(xué)院工學(xué)院機(jī)械系成員俞利賓工程師紅河學(xué)院工學(xué)院機(jī)械系成員Comment vcx4: 按此模板書寫。Comment vcx5: 按此模板書寫摘摘 要要通過觀察發(fā)現(xiàn)，目前很多部門蓋章都是靠人工，印泥蓋章的機(jī)器還未出現(xiàn)在人們的蓋章生活中。經(jīng)過了解，對(duì)于小的部門蓋章的次數(shù)少，蓋的數(shù)量也不是很多，所以蓋章累沒有體會(huì)。但是對(duì)于蓋章多的部門如學(xué)校、政府機(jī)關(guān)等每年都要蓋成百上千的章，靠人工來蓋印是一件很辛苦的事情，而且長時(shí)間的蓋章印使人勞累，導(dǎo)致有搓章的現(xiàn)象。為了解決這一問題，結(jié)合單片機(jī)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等知識(shí)設(shè)計(jì)出了能代替人工的自動(dòng)蓋章的機(jī)器。本裝置由 12V

5、 電源驅(qū)動(dòng)，組成包括單片機(jī)、A4988 驅(qū)動(dòng)板、步進(jìn)電機(jī)、光軸、鋁齒輪、軸承支座、傳送帶、Ramps1.4、2020 型方鋁軌道、滑塊、角鋁、光軸固件、印章夾具等。通過對(duì)單片機(jī)編寫 Arduino 言驅(qū)動(dòng)程序，控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，與電機(jī)相連的鋁齒輪傳動(dòng)給同步帶帶，帶動(dòng)與之相連的滑塊，使印章上下移動(dòng)，與由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的印泥配合，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蓋章的功能。該設(shè)計(jì)在使用之前，在控制板內(nèi)寫好參數(shù)，根據(jù)需要，可以調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，在蓋章的初期使用者在體力充沛的情況下，可以根據(jù)適合的自己的速度來設(shè)定參數(shù)。在印泥不是太充分的情況下，可以調(diào)節(jié)印章的下降距離，來間接的加大對(duì)文件的壓力，從而蓋出清

6、晰的印章。在底板上有一個(gè)適合的空間，使用者可以靈活自由的來調(diào)節(jié)放置文件的位置。開啟機(jī)器，只用調(diào)好要蓋章印的位置，使用者只需放拿文件，蓋章機(jī)就可以蓋出清晰的章印。文章介紹了國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r、選題的意義、基本的設(shè)計(jì)思路。提出設(shè)計(jì)的基本要求選定動(dòng)力原件對(duì)機(jī)械各項(xiàng)裝置進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)。本文還對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行簡單介紹，對(duì)機(jī)器控制部分的程序編寫、調(diào)試，對(duì)部分重要的程序進(jìn)行了注釋、說明，電路部分的線路設(shè)計(jì)，線的尺寸的選擇、實(shí)物的展示。且對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了簡要說明。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；編程；步進(jìn)電機(jī)；Arduino 單片；同步帶送帶ABSTRACTThrough the observation foun

7、d that at present many departments seal is by artificial, inkpad seal machine has not yet appeared in the people of the seal life. After understanding, the number for a small department seal, cover the number is not a lot, so tired of no stamp. But for seal many departments such as schools, governme

8、nt offices, etc. every year to cover hundreds of chapters, rely on artificial to seal is a very hard thing, and for a long time stamped printed fatiguing, resulting in Chapter rub phenomenon. In order to solve this problem, combined with SCM, mechanical principle, mechanical design knowledge is desi

9、gned to replace the manual automatic sealing machine. The device by the 12V power supply driven, is composed of MCU, the a4988 drive plate, a step into the motor, axis, aluminum gear, bearing, conveyor belt, Ramps1.4, 2020 type aluminum rail, a slide block, a aluminum angle, optic firmware, the clam

10、p seal etc. Through of the MCU writing Arduino said driver, control of stepper motor of positive rotation, reverse rotation, adjusting the step motor speed, is connected with the motor of the aluminum gear transmission to synchronous belt, driven by connected with the slider, move the seal, and with

11、 inkpad is driven by a step motor, so as to realize the automatic sealing function. The design before use, in the control board written parameters, according to need can adjust the motor speed in sealed early adopters in stamina can according to a suitable own speed to set parameters. In inkpad is n

12、ot too full, you can adjust the seal drop distance to indirectly increase the pressure on the file, so as to build a clear seal. There is a suitable space on the floor, the user can freely adjust the location of the file placement. Open the machine, only a good tune to stamp printing position, the u

13、ser only needs to put and get the file stamp machine can cover a clear stamp.This paper introduces the development of domestic and international situation, the significance of the topic, the basic design ideas. The design of the basic requirements of the original design of the mechanical components

14、of the mechanical design of the device. The of the control system were introduced, to machine control Comment vcx6: 按此模板書寫part of the program writing and debugging, the important parts of the program of annotation, explanation, part of the circuit of the circuit design, the selection of the size of

15、the line, the kind of show. And a brief description of the innovation of this graduation project.Keywords: Automation; programming; stepping motor; Arduino single chip; synchronous belt conveyor目 錄1 緒論.11.1 選題目的及意義.11.2 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀.11.3 設(shè)計(jì)思路.21.3.1 系統(tǒng)功能描述.21.3.2 系統(tǒng)組成.31.3.3 整體結(jié)構(gòu)方案.31.4 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容.42 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

16、設(shè)計(jì).62.1 設(shè)計(jì)要求.62.2 蓋章機(jī)升降臺(tái)的設(shè)計(jì).62.2.1 印章升降臺(tái)的設(shè)計(jì)方法.62.2.2 印章升降臺(tái)各部件的具體外觀尺寸設(shè)計(jì).72.3 升降臺(tái)左右移動(dòng)工作平面的設(shè)計(jì).102.3.1 升降臺(tái)左右移動(dòng)工作平面的設(shè)計(jì)方法.102.3.2 升降臺(tái)左右移動(dòng)工作平面部件的具體外觀尺寸設(shè)計(jì).102.4 印泥左右移動(dòng)工作平面的設(shè)計(jì).132.4.1 印尼左右移動(dòng)工作平面的設(shè)計(jì).132.4.2 印尼左右移動(dòng)工作平面部件的具體外觀尺寸設(shè)計(jì).132.5 機(jī)架的設(shè)計(jì).142.5.1 機(jī)架的設(shè)計(jì).142.5.2 機(jī)架部件的具體外觀尺寸設(shè)計(jì).142.6 同步帶輪和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).162.6.1 同步輪

17、設(shè)計(jì).162.6.2 同步帶傳動(dòng)的方案.182.7 電機(jī)的選擇.192.7.1 電機(jī)的分類.192.7.2 直流電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的比較.192.7.3 裝置電機(jī)的最終選定.192.8 整機(jī)裝配圖.203 控制系統(tǒng).213.1 單片機(jī).213.1.1 單片機(jī)簡介.213.1.2 Arduino 單片機(jī)編程軟件 .243.1.3 單片機(jī)燒錄軟件.253.2 程序的編寫.253.2.1 軟件的使用.253.2.2 代碼的書寫.264 蓋章機(jī)控制代碼和注釋.285 實(shí)物制作.316 結(jié)論.336.1 全文總結(jié).336.2 創(chuàng)新點(diǎn)及展望.33參考文獻(xiàn).34附 錄.35致 謝.361 緒論緒論1.1 選題目

18、的及意義選題目的及意義 當(dāng)今所處的時(shí)代是一個(gè)科技飛速發(fā)展的時(shí)代，企業(yè)與企業(yè)之間的競爭，國家與國家之間的競爭就是科技的競爭。經(jīng)濟(jì)競爭轉(zhuǎn)向?yàn)榭萍紕?chuàng)新的競爭?？萍嫉膭?chuàng)新程度體現(xiàn)著一個(gè)國家在當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展速度。決定著整個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，和人民的勞動(dòng)力是否得到真正意義上的解放?？傊?，科技創(chuàng)新是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第一生產(chǎn)力，是解放人民體力勞動(dòng)的關(guān)鍵所在，提高創(chuàng)新能力關(guān)系著國家的安定，的富強(qiáng)。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，逐級(jí)深化，經(jīng)歷了 1.0 到 3.0 的轉(zhuǎn)變。從 18 世紀(jì) 60年代至 19 世紀(jì)中期的機(jī)械設(shè)備制造時(shí)代，到 19 世紀(jì)后半期至 20 世紀(jì)初的電氣化與自動(dòng)化時(shí)代，再到 20 世紀(jì) 70 年代開始并一直延

19、續(xù)至現(xiàn)在的信息化時(shí)代，人們所用的機(jī)器越來越容易操作和控制。自動(dòng)化設(shè)備已經(jīng)大量進(jìn)入人類的生活，但是在不為人醒目的蓋章方面沒有太多的自動(dòng)化設(shè)備來解放勞動(dòng)者的體力。通過大學(xué)四年的學(xué)習(xí)、生活中感受到學(xué)校招就處老師們手動(dòng)蓋章的辛苦，每年4000-5000 份的錄取通知書和就業(yè)推薦表需要蓋章，這給招就處的老師們帶來了很大的工作量。招就處的工作人員只能手動(dòng)蓋章，消耗體力工作繁瑣，經(jīng)常出現(xiàn)搓印的現(xiàn)象，使蓋出的張印模糊，給招生工作帶來了極大的麻煩。為了解決這一問題，結(jié)合大學(xué)四年所學(xué)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、單片機(jī)等的專業(yè)知識(shí)，經(jīng)過研究，設(shè)計(jì)出一款自動(dòng)蓋章的機(jī)器。該機(jī)器大大減低了蓋章的勞動(dòng)強(qiáng)度，為招就事業(yè)縮短了蓋章周

20、期，避免了搓章現(xiàn)象的發(fā)生。以此同時(shí)通過該蓋章機(jī)的研究和制作很好的檢驗(yàn)了大學(xué)四年到底學(xué)到了多少知識(shí)，鍛煉了動(dòng)手能力。同時(shí)希望這個(gè)機(jī)器越來越成熟，能幫到越來越多需要的人。1.2 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀印章最早出現(xiàn)在春秋戰(zhàn)國以前，直至今日已經(jīng)有幾千年的歷史。它在中國乃至世界都有不可替代的作用，從古代的玉璽，官印，到現(xiàn)在人們用的木印都屬于印章。蓋章的技術(shù)從古至今大多是人工手動(dòng)蓋章，沒有太多的變化。蓋章分為兩類，一類是蓋鋼印的。一類是蓋印泥的。在 20 世紀(jì) 3040 年人們對(duì)鋼印印章有了需求，才慢慢出現(xiàn)了鋼印的印章機(jī)。隨著科技的進(jìn)步，鋼印的印章機(jī)也在不斷的變化，但是工作原理基本是一樣的，沒有

21、太大的變化。到當(dāng)代出現(xiàn)了擊打打印機(jī)，由于本身屬于專用的擊打打印機(jī)，所以功能和使用范圍都受到了一定限制，沒有太大的變化。而蓋印泥章印的機(jī)器出現(xiàn)的很少。目前世界上有名的蓋章機(jī)有美國 HEDMAN 海德曼 EDP-PLUSIN 自動(dòng)連續(xù)蓋章機(jī)、德國 Reiner 自動(dòng)蓋章機(jī)等，這些都是擊打式蓋章機(jī)。SEAL-A 型電子自動(dòng)蓋章機(jī)，是印泥蓋章機(jī)，是目前可以查到的銷售的蓋章機(jī)。鋼印蓋章機(jī)的種類也不是太多。印章在國內(nèi)出現(xiàn)的很早，但在蓋章技術(shù)方面，技術(shù)比較單一，大多是人工手動(dòng)蓋章。目前市場(chǎng)上主要有兩種形式的自動(dòng)蓋章機(jī)，自動(dòng)鋼印蓋章機(jī)、擊打自動(dòng)蓋章機(jī)。這兩種自動(dòng)蓋章機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是安全、智能化。共同的缺點(diǎn)是，功能單

22、一，效率低，靈活性不夠高。 圖 1-1 擊打式 圖 1-2 升降鋼印式1.3 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 1.3.1 系統(tǒng)功能描述該機(jī)器通過載入程序到 Arduino Mega 2560 R3 與 Ramps 1.4 疊加板，控制42 步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)的先后順序，轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢。步進(jìn)電機(jī)與鋁齒輪相連，通過傳送帶把動(dòng)力傳到滑塊，帶動(dòng)印章上下移動(dòng)。在配合帶動(dòng)印泥的電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蓋章的功能。其工作的流程圖如圖 1-3 所示：圖 1-3 自動(dòng)蓋章裝置系統(tǒng) 1.3.2 系統(tǒng)組成 自動(dòng)蓋章機(jī)系統(tǒng)主要由動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)身結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成。 1.動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)、鋁齒輪、傳送帶和滑塊。

23、2.機(jī)身結(jié)構(gòu)機(jī)身結(jié)構(gòu)包括蓋章機(jī)支架、印泥放置滑板、軸承座、滑輪、光軸、滑塊、電機(jī)支座、光軸緊固件構(gòu)成。 3.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括 Arduino Mega 2560 R3 板、Ramps1.4 板、控制電路、控制程序。 1.3.3 整體結(jié)構(gòu)方案 如圖 1-4 所示，在工作臺(tái)面上裝有步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的軸端裝有鋁齒輪，鋁齒輪通過齒型傳送帶與光軸上的滑塊相連，印章與滑塊由連接筒相連。側(cè)面的電機(jī)和印泥基座由齒條連接。Arduino 控制板編譯下載程序通電后自動(dòng)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)的先后順序。在 Arduino 控制板編譯好電機(jī) X、電機(jī) Y、電機(jī) Z 的運(yùn)轉(zhuǎn)順序。設(shè)置為電機(jī) X、Y 同時(shí)同向同速度

24、先轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)印章上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。側(cè)邊的印泥與齒條連接由電機(jī) X 驅(qū)動(dòng)，在滑槽左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過三個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)停止的先后順序的配合實(shí)現(xiàn)印章蘸印泥、蓋章的動(dòng)作，從而達(dá)到自動(dòng)蓋章目的。圖 1-4 自動(dòng)蓋章機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.4 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)主要完成適用于招生就業(yè)處蓋章的自動(dòng)蓋章機(jī)及整機(jī)所有的零件的設(shè)計(jì)、改裝和組裝，同時(shí)對(duì)自動(dòng)蓋章機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行程序編譯和參數(shù)調(diào)試設(shè)置，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蓋章的功能。主要的內(nèi)容如下：1對(duì)需求者進(jìn)行調(diào)研，總結(jié)。2擬定設(shè)計(jì)方案，并對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，選定最終方案。3對(duì)自動(dòng)蓋章機(jī)的系統(tǒng)擬工作結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要是裝置框架與線路布局的設(shè)計(jì)。4對(duì)自動(dòng)自動(dòng)蓋章機(jī)控制部

25、分進(jìn)行編程，完成單片機(jī)與電機(jī)的組裝連線。5對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電流調(diào)試。6對(duì)組裝好的自動(dòng)蓋章機(jī)進(jìn)行總體的安裝調(diào)試，確保完成蓋章任務(wù)。7長時(shí)開機(jī)，調(diào)試，確保蓋章機(jī)的穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)制作過程中如何通過計(jì)算選擇合適的電機(jī)，如何編寫 Arduino 語言程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)蓋章機(jī)的自動(dòng)控制，等重點(diǎn)問題是需要解決的。本設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)很多，具體如下：1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕便的裝置機(jī)身。2控制裝置自動(dòng)運(yùn)行的 Arduino 語言程序的編寫。3不同方位的電機(jī)怎樣緊密的配合，是蓋出的章沒有搓印。4印章怎樣由電機(jī)多次間接傳動(dòng)后垂直下壓。5印泥怎樣精準(zhǔn)的左右往復(fù)移動(dòng)，它傳動(dòng)的部件怎樣選擇。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)

26、要求本設(shè)計(jì)蓋章裝置要求體積小，外觀漂亮，并且能托起質(zhì)量為 50g 的銅印章，所以選擇了垂直下壓機(jī)構(gòu)。根據(jù)招就處的所需蓋的紙張的大小。暫時(shí)定位A3、A4 兩種紙張的長寬規(guī)格即 A3：297*420mm A4：210*297mm，并購買實(shí)驗(yàn)板。為了保證印章的垂直升降，選擇配套的光軸和滑塊。為了使蓋的印章章印明顯，要選擇彈性適中的印墊。該設(shè)計(jì)現(xiàn)在用的印章形狀有長方形和圓形的兩種，所以在選擇印章的夾具上，經(jīng)過多次選擇材料，夾具定為，圓形內(nèi)孔，兩邊有緊固螺母。該設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了蓋章機(jī)的機(jī)械部分主要由印章升降臺(tái)、升降臺(tái)左右移動(dòng)工作平面、印泥左右移動(dòng)工作平面、機(jī)架。2.2 蓋章機(jī)升降臺(tái)的設(shè)計(jì)蓋章機(jī)升降臺(tái)的設(shè)計(jì)2.

27、2.1 印章升降臺(tái)的設(shè)計(jì)方法針對(duì)學(xué)校招就處的公章的大小來設(shè)計(jì)升降臺(tái)的長寬。紅河學(xué)院的校章是直徑為 40mm，高為 60mm 帶柄的圓柱體。在生活中或多或少都接觸過章，大家都知道在蓋章的過程中不是輕輕的壓一下就能蓋出清晰的章印，需要有一定的下壓力，才可以蓋出清晰的章印。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，就設(shè)計(jì)了一個(gè)升降臺(tái)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)印章上下運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)蓋章會(huì)出現(xiàn)搓章的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)是因?yàn)樵谏w章的過程中印章沒有達(dá)到垂直升降的功能，在提起印章的時(shí)候手左右的擺動(dòng)造成的。在現(xiàn)實(shí)生活中可以實(shí)現(xiàn)升降的機(jī)構(gòu)很多，如凸輪連桿機(jī)構(gòu)、螺桿螺紋塊機(jī)構(gòu)等。凸輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，擺動(dòng)幅度較大，不利于實(shí)現(xiàn)印章的垂直升降，且震動(dòng)較大，會(huì)影響蓋出章

28、印的質(zhì)量。螺紋螺紋塊機(jī)構(gòu)，進(jìn)給速度受限，雖然可以達(dá)到精準(zhǔn)進(jìn)給，但是，耗時(shí)長，能量消耗多。即使選擇可以變速的電機(jī)帶動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)容易產(chǎn)生熱量，使電機(jī)發(fā)燙。學(xué)校里蓋錄取通知書，就業(yè)協(xié)議，不只是一兩份。長時(shí)間的工作會(huì)造成電機(jī)線路燒壞，從而影響到學(xué)校的招就工作。綜合上述考慮到要準(zhǔn)確的控制印章的升降，而且造價(jià)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。該設(shè)計(jì)選擇了同步帶輪傳動(dòng)，光軸滑塊機(jī)構(gòu)。電機(jī)給驅(qū)動(dòng)力，同步帶輪傳動(dòng)，通過電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，控制印章的上下移動(dòng)。2.2.2 印章升降臺(tái)各部件的具體外觀尺寸設(shè)計(jì) 在該設(shè)計(jì)中印章升降臺(tái)主要由軸承支座、滑動(dòng)軸承滑塊、光軸、印章連接座、印章連桿組成。（1）軸承支座具體外觀尺寸設(shè)計(jì) 經(jīng)過測(cè)量印章的直徑

29、為 4cm，為了使印章有一個(gè)合適的升降平面，把尺寸擬定為，8cm*6cm 的平面。平面是由 4 根光軸撐起的俯視截面。所以選擇孔心間距為 6cm 的軸承支座來固定。軸承支座分別安裝在光軸的兩端，起到固定兩光軸間距的作用，在設(shè)計(jì)中用到 4 個(gè)軸承支座。由此得出軸承支座的形狀與具體尺寸如圖 2-1 所示 ：(a) 模型圖(b) 設(shè)計(jì)尺寸示意圖圖 2-1 軸承支座示意圖（2）滑動(dòng)軸承滑塊具體外觀尺寸設(shè)計(jì)該滑塊是由兩個(gè)滑動(dòng)軸承筒通過金屬板連接成的，摩擦是不可避免的，在設(shè)計(jì)時(shí)，為了盡可能的減低摩擦，選擇了滾動(dòng)摩擦。為了方便安裝同步帶，在該設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)了三個(gè)不同規(guī)格的方孔，小的方孔是用于與同步帶固定，大的

30、孔是便于調(diào)節(jié)同步帶（同步帶會(huì)在后文做詳細(xì)介紹）。兩軸承筒內(nèi)安裝的是滾子軸承，這樣的設(shè)計(jì)不僅可以減小摩擦，而且可以保證印章達(dá)到垂直升降，在設(shè)計(jì)中用到 2 個(gè)滑塊。由此得出滑動(dòng)軸承滑塊的形狀與具體尺寸如圖 2-2 所示：(a) 模型圖(b) 設(shè)計(jì)尺寸示意圖圖 2-2 軸承支座示意圖（3）光軸具體外觀尺寸設(shè)計(jì) 在該設(shè)計(jì)中，考慮到蓋章機(jī)的外形尺寸協(xié)調(diào)，美觀，印章跟底板的距離擬定為 35cm，為了保證印章的活動(dòng)靈活，把光軸的距離定為 50cm，該設(shè)計(jì)中用到 4 根光軸。由此得出光軸的形狀與具體尺寸如圖 2-3 所示：(a) 模型圖(b) 設(shè)計(jì)尺寸示意圖圖 2-3 光軸示意圖（4）印章連接座具體外觀尺寸設(shè)

31、計(jì) 印章連接支座是用在把兩個(gè)滑塊連接起來，銜接印章連桿的機(jī)構(gòu)。印章的直徑為 4cm，因此選擇連接座的連接柱直徑為 3cm。3cm 直徑的圓柱，兩機(jī)構(gòu)的接觸面積，這樣增加了連接桿的穩(wěn)定性。連接座上還有連接的螺孔，用膨脹螺絲來連接連接桿。由印章的直徑把印章連接座的長和寬定為 20*60cm。為了加工方便選擇了易加工的鋁合金。由此得出印章連接座的形狀與具體尺寸如圖2-4 所示：(a)模型圖(b) 設(shè)計(jì)尺寸示意圖圖 2-4 印章連接支座示意圖（5）印章連桿具體外觀尺寸設(shè)計(jì) 為了在使用蓋章機(jī)時(shí)，方便使用者手的活動(dòng)，把底板與滑槽之間的距離定為 20cm。印章在蓋印時(shí)必須與底板接觸，所以把印章連桿的長度定為

32、 30cm。直徑 4.5cm。遠(yuǎn)離連接支座的一端為是帶孔的圓柱筒，孔是擰螺柱固定印章的。為得到適合該設(shè)計(jì)的連桿，選擇了亞克力圓柱作為材料。由此得出印章連桿的形狀與具體尺寸如圖 2-5 所示：（a）模型圖(b) 設(shè)計(jì)尺寸示意圖圖 2-5 印章連桿示意圖2.3 升降臺(tái)左右移動(dòng)工作平面的設(shè)計(jì)升降臺(tái)左右移動(dòng)工作平面的設(shè)計(jì)2.3.1 升降臺(tái)左右移動(dòng)工作平面的設(shè)計(jì)方法針對(duì)不同的文件所需要蓋的章印的位置不同。印章在文件上的前后位置可以通過調(diào)節(jié)文件的前后位置來調(diào)節(jié)，但是，印章在文件上的左右位置也不是固定。要實(shí)現(xiàn)蓋章機(jī)的多位置蓋章，就需要設(shè)計(jì)一個(gè)可以左右移動(dòng)的工作面，來實(shí)現(xiàn)蓋章機(jī)的多方位運(yùn)作。通過日常生活中的觀

33、察，這樣的機(jī)構(gòu)很多。例如滑板在滑槽中的移動(dòng)、方形滑塊在光軸上的滑動(dòng)等。為了美觀選擇了 2020 型的鋁合金與鋁合金板的配合作為升降臺(tái)左右移動(dòng)工作平面的機(jī)構(gòu)。2.3.2 升降臺(tái)左右移動(dòng)工作平面部件的具體外觀尺寸設(shè)計(jì)在蓋設(shè)計(jì)中升降臺(tái)移動(dòng)工作平面由 2 根 2020 型鋁合金、4 個(gè)光軸固件、2個(gè)電機(jī)支座、2 塊鋁合金滑板組成。（1）2020 型鋁合金具體外觀尺寸設(shè)計(jì)2020 型的鋁合金有兩種，一種是截面為 20*20mm 側(cè)面無槽。另一種也是20*20mm 但是側(cè)面有槽。為了在組裝時(shí)與鋁合金滑板配合，所以選擇后者。在招就處，需要大量蓋章的紙型為 A3 的錄取通知書，A4 的就業(yè)協(xié)議就業(yè)推薦表，A3

34、 、A4 的紙張的邊長分別為 297*420 mm 和 210*297mm ，所以把 2020 型的鋁合金長度定為 350mm，這樣就可以滿足這兩種紙張的多方位的蓋章。由此得出 2020 型鋁合金形狀與具體尺寸如圖 2-6 所示： （a）模型圖 （b）設(shè)計(jì)尺寸示意圖圖 2-6 2020 型的鋁合金示意圖（2）光軸固件具體外觀尺寸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中為了把升降臺(tái)和升降臺(tái)移動(dòng)工作平面連接起來，選擇了光軸固件。固件為鋁合金材質(zhì)，和設(shè)計(jì)的升降臺(tái)配合更加美觀。光軸固件是跟光軸配套的，所以光軸固件形狀與具體尺寸如圖 2-7 所示： (a)模型圖 (b) 設(shè)計(jì)尺寸示意圖 圖 2-7 光軸固件示意圖（3）電機(jī)支座具體外

35、觀尺寸設(shè)計(jì)電機(jī)作為整個(gè)機(jī)器的傳動(dòng)部分一個(gè)穩(wěn)固的支座的必須的，為了托起滑塊、印章連接桿、印章連接支座、印章的重量需要選擇合適的電機(jī)（電機(jī)的選擇在后文有詳細(xì)的介紹）電機(jī)支座和電機(jī)是配套的。電機(jī)支座的形狀與具體尺寸如圖 2-8 所示：(a)模型圖(b) 設(shè)計(jì)尺寸示意圖圖 2-8 電機(jī)支座示意圖（4）鋁合金滑板具體外觀尺寸設(shè)計(jì)滑板的設(shè)計(jì)，為了滿足升降臺(tái)的左右移動(dòng)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)可以安裝升降臺(tái)的工作平面，在該平面上要安裝光軸固件、電機(jī)支座，要打孔為了便于加工，選擇了鋁合金板。根據(jù)光軸之間的距離，安裝固件和電機(jī)支座的空間，把每塊鋁合金滑板尺寸定為 150mm*100mm。因此鋁合金滑板形狀與具體尺寸如圖 2

36、-9所示： (a) 模型圖 (b) 設(shè)計(jì)尺寸示意圖圖 2-9 鋁合金滑板示意圖2.4 印泥左右移動(dòng)工作平面的設(shè)計(jì)印泥左右移動(dòng)工作平面的設(shè)計(jì)2.4.1 印尼左右移動(dòng)工作平面的設(shè)計(jì)蓋鋼印章和蓋印泥章最大的區(qū)別就是，在蓋印泥章的過程中需要不斷的沾印泥。要設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)蓋印泥章的機(jī)器就必須解決自動(dòng)沾印泥這一問題。在生活中在蓋印泥章的時(shí)候，不沾印泥的話，后面蓋出來的章就會(huì)清晰。在升降的設(shè)計(jì)中已經(jīng)解決了自動(dòng)下壓的問題，是通過印章的自動(dòng)往復(fù)升降來實(shí)現(xiàn)的蓋章的，要實(shí)現(xiàn)印章蘸印泥需要配合印章的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。把印章的上下運(yùn)動(dòng)分為兩個(gè)動(dòng)作做，一組是蘸印泥；一組是蓋章。在第一組動(dòng)作中印章向下移動(dòng)時(shí)，設(shè)計(jì)與之配合的印泥左

37、右移動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蘸印泥的動(dòng)作，配合升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)就完成了自動(dòng)蓋章機(jī)的一組蓋章動(dòng)作。要實(shí)現(xiàn)印泥的左右移動(dòng)，需要一個(gè)托盤托住印泥盒，在通過同步裝置來帶動(dòng)。在生活中有很多這樣的裝置，例如同步帶輪、齒輪齒條等在該機(jī)器初設(shè)計(jì)中選擇的是齒輪齒條。2.4.2 印尼左右移動(dòng)工作平面部件的具體外觀尺寸設(shè)計(jì)印泥左右移動(dòng)工作平面由 2 根 2020 型鋁合金、1 塊鋁合金托板、齒輪齒條組成。（1）2020 型鋁合金具體外觀尺寸設(shè)計(jì)在該部分需要的 2020 型鋁合金和上述的類型一樣，該類型的鋁合金符合設(shè)計(jì)的需要，而且安裝方便，美觀，尺寸形狀同上所述。（2）鋁合金托板具體外觀尺寸設(shè)計(jì)鋁合金托板是用來托住印泥盒的，在

38、設(shè)計(jì)中選擇了直徑為 8cm 的圓盤印泥盒，要盛放這樣面積的印泥盒，就必須選擇比這個(gè)面積大的托盤。而且要和上述的升降臺(tái)移動(dòng)平面匹配所以把托盤的尺寸定為 15cm*10cm。因此鋁合金托盤形狀與具體尺寸如圖 2-9 所示： (a)模型圖 (b) 設(shè)計(jì)尺寸示意圖圖 2-10 鋁合金托板示意圖（3）齒輪齒條具體外觀尺寸設(shè)計(jì)齒輪齒條是印泥左右移動(dòng)工作平面的傳動(dòng)部分，在后文有詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明。2.5 機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架的設(shè)計(jì) 2.5.1 機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架是整個(gè)外形設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)部分。在該設(shè)計(jì)中根據(jù)需要蓋印紙張的大小，把底板的尺寸的定為 30cm*35cm（1 塊），側(cè)板的尺寸定為20cm*25cm（2 塊），為了

39、加工的方便和需要強(qiáng)度的考慮，在該設(shè)計(jì)中選擇了鋁合金板，機(jī)架的連接件選定為 2020 型角鋁。在機(jī)架安裝電機(jī)和 2020 型方鋁，需要在底板和側(cè)板上打上孔。2.5.2 機(jī)架部件的具體外觀尺寸設(shè)計(jì)機(jī)架由 1 塊底板、2 塊側(cè)板、4 個(gè)角件組成。（1）底板的具體外觀尺寸設(shè)計(jì)底板是放置蓋印文件的地方，考慮到常用的蓋印章文件的大小為 A4、A3紙，所以底板的形狀與具體尺寸如圖所示 2-11 所示： (a) 底板模型圖 (b) 底板設(shè)計(jì)尺寸示意圖圖 2-11 底板示意圖（2）側(cè)板具體外觀尺寸設(shè)計(jì)側(cè)板上需要安裝電機(jī)和其他部件，所以在安裝的位置上需要打孔。需要加工，這也是在設(shè)計(jì)中選擇鋁合金的原因。兩塊側(cè)板需要

40、安裝的部件不同，外形也不一樣。側(cè)板的形狀與具體尺寸如圖 2-12 所示： (a) 左側(cè)板模型圖 (b) 左側(cè)板計(jì)尺寸示意圖 (c) 右側(cè)板模型圖 (d) 右側(cè)板模計(jì)尺寸示意圖圖 2-12 側(cè)板示意圖（3）機(jī)架連接件具體外觀尺寸設(shè)計(jì)在市場(chǎng)上沒有剛好合適該設(shè)計(jì)的連接件，需要加工。具體的具體外觀尺寸設(shè)計(jì)如圖 2-13 所示： (a)連接件模型圖 (b) 連接件計(jì)尺寸示意圖圖 2-13 機(jī)架連接件示意圖2.6 同步帶輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)同步帶輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.6.1 同步輪設(shè)計(jì)同步輪一般由鋼、鋁合金、鑄鐵、黃銅等材料制造。內(nèi)孔有圓孔、D 形孔、錐形孔等。在蓋章機(jī)的設(shè)計(jì)中，印章需要上下運(yùn)動(dòng)，由于印章和連接軸質(zhì)量大

41、，有 1kg，在下壓的過程有一定的慣性，如果選擇軸傳動(dòng)，會(huì)引起大的震動(dòng)，不利于機(jī)器的長時(shí)間的使用。同步帶輪有以下特點(diǎn)：1能準(zhǔn)確傳動(dòng)，工作時(shí)沒有滑動(dòng)，傳動(dòng)比恒定；2平穩(wěn)傳動(dòng)，具有減震、緩沖的能力，低噪聲的特點(diǎn)；3高效率傳動(dòng)，可達(dá) 0.98，有明顯的節(jié)能效果；4維護(hù)便潔、維護(hù)方便，不需潤滑，維護(hù)費(fèi)用低；5具有大的速比范圍，一般為 10，線速度能夠達(dá)到 50m/s；6無污染,在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)所下也能正常工作。 經(jīng)過綜合考慮擬定同步帶輪為蓋章機(jī)升降臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在擬定中不需要大的轉(zhuǎn)數(shù)，所以把同步帶輪機(jī)構(gòu)擬定為如圖 2-14 所示：圖 2-14 同步帶輪機(jī)構(gòu)由圖 2-2 可知兩根光軸

42、間的距離為 60mm，所以選定同步輪的直徑為12mm。齒頂圓直徑就為 12mm。齒輪在運(yùn)動(dòng)過程中不需要太大的力所以通過查表 2-1 確定（模數(shù)根據(jù)齒輪受力情況和結(jié)構(gòu)需要確定，選取標(biāo)準(zhǔn)值）。由下圖2-15 可直觀的看出齒輪的各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系。圖 2-15 模數(shù)根據(jù)齒輪受力情況和結(jié)構(gòu)表 2-1 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列（GB/T 1357-2008）通過查表把齒輪模數(shù)定為 1。為了便于齒輪設(shè)計(jì)和制造而選擇的一個(gè)尺寸參考圓稱為分度圓。設(shè)計(jì)中把分度圓直徑定為 10mm。 根據(jù) 分度圓直徑 d d=mz； 齒頂高 ha ha1=ha2=ha.m； 齒根高 hf hf1=hf2=（h+c）m； 齒全高 h h1=h

43、2=(2ha+c) m； 齒頂圓直徑 da da1=(z1=2ha) m； 齒根圓直徑 df df1=（z1-2ha-2c）m； 基圓直徑 db db1=d1cosa； 齒距 p p=m； 模數(shù) m m=p/ ； 把 m=1 ；d=10mm ；da =12mm 帶入，求得 z =16 ；其齒輪模型如下圖尺寸示意圖如 2-16 所示： 第二系列1.125111.3751.752.252.753.54.55.56.571418222835459 第一系列1121.251.522.53451620253240506810180 (a)鋁齒輪模型圖 (b) 鋁齒輪尺寸示意圖示意圖圖 2-16 鋁齒輪示

44、意圖2.6.2 同步帶傳動(dòng)的方案同步帶綜合了齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展起來的傳動(dòng)帶。它由齒形的一工作面與齒形輪的齒槽嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，其強(qiáng)力層是由高拉伸強(qiáng)度、小伸長的金屬材料或纖維材料組成，通過這樣使同步帶在傳動(dòng)過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶輪與帶之間在傳動(dòng)過程中沒有滑動(dòng)，這樣保證主動(dòng)輪、從動(dòng)輪間呈無滑差的同步傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確傳動(dòng)比，對(duì)軸作用力小，緊湊結(jié)構(gòu)，耐磨性好，耐油，抗老化性能好，一般使用溫度-2080，v50m/s，P300kw,i10,對(duì)于要求同步的傳動(dòng)也可用于低速傳動(dòng)。 同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶、鏈和齒輪傳動(dòng)的所有優(yōu)點(diǎn)

45、。傳動(dòng)過程中，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動(dòng)力。同步帶傳動(dòng)具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確，無滑差，能獲得恒定的速比，平穩(wěn)傳動(dòng)，能吸振，小噪音，大范圍傳動(dòng)比，一般可高達(dá) 1:10。允許線速度可達(dá) 50M/S，功率傳遞從幾瓦到幾千瓦。高傳動(dòng)效率，一般可達(dá)97%，緊湊結(jié)構(gòu)，能夠適用于多軸傳動(dòng)，不需要潤滑，沒有污染。同步帶的特點(diǎn)：(1)、準(zhǔn)確傳動(dòng)，無滑動(dòng)工作，傳動(dòng)比是恒定的 ；(2)、平穩(wěn)傳動(dòng)，具有減振、緩沖能力，低噪聲；(3)、高效率傳動(dòng)，傳動(dòng)效率可高達(dá) 98%，節(jié)能明顯； (4)、維護(hù)便潔，保養(yǎng)方便，不需要潤滑，維修護(hù)理費(fèi)用低；(5)、大的速比范圍，一般能達(dá)到 10，線速度能達(dá)到 45m/s，功率傳遞范圍較大，

46、可達(dá)幾瓦到幾百千瓦； (6)、能適用長距離傳動(dòng)，中心距可達(dá) 10m 以上。根據(jù)蓋章時(shí)，章印需下壓的高度，把同步帶的長度定為 500mm。同步帶的其他參數(shù)和同步帶輪的配套。其齒輪如下圖 2-17 所示。圖 2-17 同步帶示意圖2.7 電機(jī)的選擇電機(jī)的選擇經(jīng)對(duì)制作的實(shí)物測(cè)試，若要驅(qū)動(dòng)阻力為 10N 的升降臺(tái)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力至少為 12N。2.7.1 電機(jī)的分類目前市面上的微型電機(jī)依據(jù)控制原理不同可分為兩大類，直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。直流電機(jī)只要加上電壓就能運(yùn)轉(zhuǎn)，且運(yùn)轉(zhuǎn)的方向和電壓方向有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，運(yùn)轉(zhuǎn)方向受脈沖影響，可通過編程和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行精確控制。2.7.2 直

47、流電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的比較（1）直流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能優(yōu)越、抗過載能力好、熱動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等。（2）步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是控制精度高、轉(zhuǎn)速范圍寬、可靠性高、起停和翻轉(zhuǎn)響應(yīng)好；缺點(diǎn)是控制復(fù)雜、轉(zhuǎn)矩較小、轉(zhuǎn)速不高、易產(chǎn)生共振。2.7.3 裝置電機(jī)的最終選定本裝置對(duì)電機(jī)的要求是精確控制旋轉(zhuǎn)角度，易控制其正反轉(zhuǎn)，可靠性高，電壓較低，重量較輕，綜合以上考量，最終確定電機(jī)為 42 型步進(jìn)電機(jī)，其詳細(xì)參數(shù)如表 2-2：表 2-2 電機(jī)參數(shù)電壓電流步距角相數(shù)電阻電感7.8V1.5A1.825.2109.0mH20靜力矩定位力矩絕緣電阻絕緣等級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量4.0kgcm150gcm500

48、VDC100MB57gcm0.24kg電機(jī)的三維尺寸如下圖所示：圖 2-18 電機(jī)尺寸示意圖同步帶輪的的傳動(dòng)效率高，與齒輪配合，足夠驅(qū)動(dòng)，使印章升降臺(tái)，快速，高效的上升和下降。2.8 整機(jī)裝配圖整機(jī)裝配圖根據(jù)以上設(shè)計(jì)的零件可裝配出以下裝配圖：1.軸承座；2.滑塊；3.光軸；4.42 步進(jìn)電機(jī)；5.光軸固定件；6. .2020 鋁合金型材鋁合金方管角鋁；7.底座；8.連接角件；9.鋁齒輪；10.鋁齒條；11.步進(jìn)電機(jī)支座；12. 印泥托盤；13.印章固定件；14.齒型傳送帶；15.連接筒；16.中心連接塊；17.軸承圖 2-19 整體裝配圖在生活中完成一次蓋章，需要兩個(gè)動(dòng)作，一是沾印泥，二是蓋章

49、。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作，在設(shè)計(jì)中通過步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)，由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)印章的上下運(yùn)動(dòng)，由左側(cè)的電機(jī)帶動(dòng)印泥左右運(yùn)動(dòng)。通過 Arduino 板控制印章和印泥的運(yùn)動(dòng)順序，來完成沾印泥和蓋章的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蓋章的功能。3 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)主要由；Arduino 單片、4988ET 驅(qū)動(dòng)、跳線帽、Ramps1.4 控制板，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)蓋章機(jī)的調(diào)試和控制。3.1 單片機(jī)單片機(jī)Arduino 單片機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)中執(zhí)行元件的“大腦”元件，怎樣控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)方向、啟動(dòng)順序等，因此在控制系統(tǒng)中選擇單片機(jī)是非常重要的一環(huán)。 3.1.1 單片機(jī)簡介單片機(jī)，全稱單片微型（英語：Single-Ch

50、ip Microcomputer），又稱微（Microcontroller）。單片機(jī)最早誕生于 1971 年，目前經(jīng)過 44 年的發(fā)展已經(jīng)由最早的裸機(jī)開發(fā)使用發(fā)展到如今的擁有嵌入式操作系統(tǒng)的高級(jí)單片機(jī)。單片機(jī)擁有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、快速度、高可靠性、低廉價(jià)格等的優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)在發(fā)展過程中產(chǎn)生了許多種類，STC、PIC、EMC、ATMEL 等都是常見的單片機(jī)。單片機(jī)通常用于工業(yè)控制、家電控制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、汽車電子等方面，現(xiàn)在有很多的產(chǎn)品都暈了單片機(jī)來做控制，例如：智能家居、智能小車等自動(dòng)化產(chǎn)品，都運(yùn)用了單片機(jī)。該板支持 USB 供電和電源供電，在供電方面節(jié)約了很多的時(shí)間。本裝置中依據(jù)成本、可靠性、

51、實(shí)用性選定 Arduino Mega 2560 R3 單片機(jī)作為裝置控制系統(tǒng)的“大腦”。單片機(jī)實(shí)物圖如圖 3-1 所示、內(nèi)部圖及引腳圖如圖3-2 所示：圖 3-1 Arduino Mega2560 R3 單片機(jī)實(shí)物圖圖 3-2 Arduino Mega2560 R 單片機(jī)引腳 為了步進(jìn)電機(jī)的鏈接方便，除了需要單片機(jī)外，單片機(jī)的擴(kuò)展板 Ramps1.4也是必不可少，Ramps1.4 板的簡介如下：Ramps1.4 英文名稱為（RepRap Arduino Mega Pololu Shield）。它設(shè)計(jì)的目的是用低成本在一個(gè)小尺寸電路板上的集成 Reprap 所需的所有電路接 RAMPS連接強(qiáng)大的

52、 Arduino MEGA 平臺(tái)，并擁有充足的擴(kuò)展空間。除了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口外，RAMPS 提供了大量其他應(yīng)用電路的擴(kuò)展接口，RAMPS 是一款更換零件非常方便，擁有強(qiáng)大的升級(jí)能力和擴(kuò)展模塊化設(shè)計(jì)的 Arduino 的擴(kuò)展板。實(shí)物如圖所示 3-3 所示，內(nèi)部電路如圖 3-4 所示：Arduino 的擴(kuò)展板（Ramps1.4）的特點(diǎn)：（1）全開放的模塊化設(shè)計(jì)：所有硬件資源對(duì)用戶開放，隨心所欲搭配，硬件軟件不會(huì)出現(xiàn)束縛的情況。不僅可以學(xué)習(xí)軟件，而且能更好的深入的了解硬件。 （2）強(qiáng)大的電路配備：集成了基本上所有單片機(jī)應(yīng)用中可能會(huì)遇到的功能模塊部分，不必去找其它零件便能完成開發(fā)任務(wù)。 圖 3-3

53、Arduino 的擴(kuò)展板（Ramps1.4）圖 3-4 Arduino 的擴(kuò)展板（Ramps1.4）內(nèi)部電路圖Arduino Mega2560 R3 和 Ramps1.4 疊加板在控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)還需要驅(qū) 動(dòng)。在設(shè)計(jì)中選擇 4988ET 驅(qū)動(dòng)模塊，4988ET 的簡介去下：該 A4988 是一個(gè)完整微電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與內(nèi)置轉(zhuǎn)換器,易于操作.它設(shè)計(jì)操作雙極步進(jìn)電機(jī)在全,半,1/4,八分,及 1/16 步進(jìn)模式,具有高達(dá) 35 V 和2 A.輸出驅(qū)動(dòng)能力。A4988 的包括一個(gè)固定關(guān)斷時(shí)間電流調(diào)節(jié)器,它可在慢或混合衰減模式下工作能力。4988ET 的實(shí)物如圖 3-5 所示：A4988 的特點(diǎn)：（1）一個(gè)步

54、進(jìn)中輸入一個(gè)脈沖就可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生微動(dòng)，沒有相序表,也沒有高頻率控制線,或復(fù)雜的界面；（2）該 A4988 界面適用于復(fù)雜微處理器；（3）在 A4988 斬波控制可自動(dòng)選擇電流衰減模式； （4）在混合衰減模式下，設(shè)備初始設(shè)置為一個(gè)快速衰減為固定關(guān)斷時(shí)間比例,然后以緩慢衰變對(duì)關(guān)斷時(shí)間剩余時(shí)間；（5）.混合衰減電流控制能減少可聽到電動(dòng)機(jī)噪音,增加步進(jìn)精度,并降低功耗。圖 3-5 驅(qū)動(dòng) 4988ET3.1.2 Arduino 單片機(jī)編程軟件 Arduino 使用起來要比其他微處理器更易懂，與 Basic Stamp 有些相似，Arduino 的編程語言更為人性化和簡單，Arduino 編程語言

55、基于 C 語言，但其實(shí)用性要遠(yuǎn)高于 C 語言，主要由于它將一些常用語句組合函數(shù)化。大學(xué)中學(xué)習(xí)的編程語言很少，對(duì)于機(jī)械的學(xué)生編程的地方也很少，現(xiàn)在做畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)把機(jī)械和編程結(jié)合在一起的最好的實(shí)踐機(jī)會(huì)。就 Arduino 而言編程有兩種形式，工作界如下。直接編譯式如圖 3-6 所示編譯軟件 arduino-1.0.6。按鈕拖動(dòng)式如圖3-7 所示編譯軟件 EDUarduino2.0。圖 3-6 直接編譯式界面圖 3-7 按鈕拖動(dòng)式界面對(duì)于編程不熟悉的同學(xué)建議使用后者。 3.1.3 單片機(jī)燒錄軟件 arduino-1.0.6 軟件編寫好的 arduino 語言程序可以直接校驗(yàn)。調(diào)試校驗(yàn)后沒有問題，直

56、接下載到 Arduino Mega2560 R3 中。在 arduino-1.0.6 軟件中還有相應(yīng)的庫文件，可以直接調(diào)用，為編寫者節(jié)約了時(shí)間，并且減少了出錯(cuò)的概率該軟件 arduino-1.0.6 有綠色版，不需安裝，直接運(yùn)行就可以開始編譯。對(duì)于EDUarduino2.0 編程軟件，由圖（3-4）可以直觀的看出，在 EDUarduino2.0 的編寫界面里有直觀的拖拽按鈕。編寫時(shí)，理清楚思路，根據(jù)需要，直接拖拽相應(yīng)的按鈕，這樣給編程帶來極大的方便，降低了編譯過程中出錯(cuò)的概率。但在運(yùn)用編寫時(shí)，不足的地方是，庫里面的按鈕不是全面的，有的指令也需要輸入放入方式來編寫。需要添加復(fù)雜指令時(shí)，把按鈕轉(zhuǎn)化

57、成代碼的形式，就可再次編譯。操作如圖 3-8 所示。圖 3-8 代碼轉(zhuǎn)換按鈕界面3.2 程序的編寫程序的編寫 3.2.1 軟件的使用直接打開 arduino-1.0.6 安裝包，運(yùn)行快捷方式。軟件運(yùn)行，編程文件的新建。如圖所示 3-9 所示： 圖 3-9 運(yùn)用界面在 arduino-1.0.6 軟件中它自帶了一些庫文件，在編寫控制步進(jìn)電機(jī)的程序時(shí)，可以直接調(diào)用。調(diào)用的界面如圖 3-10 所示：圖 3-10 庫的調(diào)用界面3.2.2 代碼的書寫 在編寫需要的控制代碼前，對(duì)要實(shí)現(xiàn)的功能要有清晰的思路。為了直觀的看出，畫出功能圖很關(guān)鍵，它可以引導(dǎo)怎樣寫代碼，不至于在書寫的時(shí)候，遺忘要實(shí)現(xiàn)的功能。一下是

58、在設(shè)計(jì)中電機(jī)動(dòng)作結(jié)構(gòu)圖，如圖 3-11 所示：圖 3-11 電機(jī)動(dòng)作結(jié)構(gòu)圖在編寫代碼的時(shí)候，對(duì)編譯程序需要有所了解。Arduino 的函數(shù)結(jié)構(gòu)：1、聲明接口名稱及變量（int val;int ledPin=13;）；2、setup()函數(shù)在程序開始時(shí)使用，可以初始化變量、接口模式、啟用庫等（例如：pinMode(ledPin,OUTUPT);）；3、loop（）在 setup()函數(shù)之后，即初始化之后，loop() 讓你的程序循環(huán)地被執(zhí)行。使用它來運(yùn)轉(zhuǎn) Arduino?；局噶畹牧私?，一下是在設(shè)計(jì)時(shí)所用到的 Arduino 的指令，和標(biāo)標(biāo)注解釋，是在編寫程序時(shí)，必須了解的。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖轉(zhuǎn)

59、化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。脈沖信號(hào)對(duì)控制步進(jìn)電機(jī)很關(guān)鍵，了解脈沖信號(hào)的構(gòu)成，便于調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向。脈沖信號(hào)，脈沖波，如下圖 3-12 所示：圖 3-12 脈沖程序中參數(shù)的設(shè)置。在該設(shè)計(jì)中規(guī)定步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)的脈沖信號(hào)（low-high-low）；反轉(zhuǎn)的脈沖信號(hào)為（high-low-high）。轉(zhuǎn)數(shù)的控制，步進(jìn)電機(jī)在轉(zhuǎn)一圈時(shí) i=3000，轉(zhuǎn)

60、的圈數(shù)就按圈數(shù)乘以 3000.例如：轉(zhuǎn) 6 圈的書寫形for(inti=0;i18000;i+) 。鋁齒輪的齒根圓半徑為 10mm。周長 S=2R所以電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，同步帶上升下降的的距離為 S=2*1062.8mm速度的控制，步進(jìn)電機(jī)的速度控制用延時(shí)函數(shù)來控制。例如：delayMicroseconds(100)； 把規(guī)定的圈數(shù)在 1 秒里完成。在 arduino-1.0.6 里時(shí)間單位的換算為：1S=100 速度 u=s/t 4 蓋章機(jī)控制代碼和注釋蓋章機(jī)控制代碼和注釋#define X_STEP_PIN 54#define X_DIR_PIN 55#define X_ENABLE_PIN 3

61、8#define Y_STEP_PIN 60#define Y_DIR_PIN 61#define Y_ENABLE_PIN 56#define Z_STEP_PIN 46#define Z_DIR_PIN 48#define Z_ENABLE_PIN 62#define E0_STEP_PIN 26#define E0_DIR_PIN 28#define E0_ENABLE_PIN 24#define E1_STEP_PIN 36#define E1_DIR_PIN 34#define E1_ENABLE_PIN 30void setup() pinMode(X_STEP_PIN , OUT

62、PUT); pinMode(X_DIR_PIN , OUTPUT); pinMode(X_ENABLE_PIN , OUTPUT); pinMode(Y_STEP_PIN , OUTPUT); pinMode(Y_DIR_PIN , OUTPUT); pinMode(Y_ENABLE_PIN , OUTPUT); pinMode(Z_STEP_PIN , OUTPUT); pinMode(Z_DIR_PIN , OUTPUT); pinMode(Z_ENABLE_PIN , OUTPUT); pinMode(E0_STEP_PIN , OUTPUT); pinMode(E0_DIR_PIN ,

63、 OUTPUT); pinMode(E0_ENABLE_PIN , OUTPUT); pinMode(E1_STEP_PIN , OUTPUT); pinMode(E1_DIR_PIN , OUTPUT); pinMode(E1_ENABLE_PIN , OUTPUT); digitalWrite(X_ENABLE_PIN , LOW); digitalWrite(Y_ENABLE_PIN , LOW); digitalWrite(Z_ENABLE_PIN , LOW); digitalWrite(E0_ENABLE_PIN , LOW);定義電機(jī) X、電機(jī)Y、電機(jī)Z 在控制板上的對(duì)應(yīng)的腳。定

64、義腳的輸入輸出定義腳的輸入輸出。規(guī)定低電頻為電機(jī)正轉(zhuǎn)方向。 digitalWrite(E1_ENABLE_PIN , LOW); void loop () digitalWrite(Z_DIR_PIN ,HIGH); for(int i=0;i5820;i+) digitalWrite(Z_STEP_PIN , HIGH); delayMicroseconds(100); digitalWrite(Z_STEP_PIN , LOW); delayMicroseconds(100); digitalWrite(X_DIR_PIN , LOW); digitalWrite(Y_DIR_PIN ,

65、LOW); for(int i=0;i5120;i+) digitalWrite(X_STEP_PIN , HIGH); digitalWrite(Y_STEP_PIN , HIGH); delayMicroseconds(100); digitalWrite(X_STEP_PIN , LOW); digitalWrite(Y_STEP_PIN , LOW); delayMicroseconds(100); digitalWrite(X_DIR_PIN , HIGH); digitalWrite(Y_DIR_PIN , HIGH); for(int i=0;i5120;i+) digitalW

66、rite(X_STEP_PIN , HIGH); digitalWrite(Y_STEP_PIN , HIGH); delayMicroseconds(100); digitalWrite(X_STEP_PIN , LOW); digitalWrite(Y_STEP_PIN , LOW); delayMicroseconds(100); digitalWrite(Z_DIR_PIN , LOW); for(int i=0;i5820;i+) digitalWrite(Z_STEP_PIN , HIGH); delayMicroseconds(100); digitalWrite(Z_STEP_PIN , LOW); delayMicroseconds(100); 定義電機(jī) Z的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎?，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為1.94 圈，同步帶的上升距離為121.832mm定義電機(jī) Z的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樨?fù)向，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為1.94 圈，同步帶的上升距離為121.832mm定義電機(jī)X、Y 的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎颍D(zhuǎn)圈數(shù)為 1.7 圈，同步帶的上升距離為106.76mm定義電機(jī)X、Y 的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樨?fù)向，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為 1.7