新型自动翻页器的设计--机械设计方法

新型自动翻页器的设计
摘要 :本文提出一种基于数字集成电路控制的自动翻页器模型。

通过对国内外现有翻页器技术的研究,针对现有翻页器体积大，噪音大，误操作频率高的缺点，利用单片机控制步进电机，结合数字控制电路提出一种全新的自动翻页器模型，具有电路简单，外型美观等优点。

另外，由于该翻页器体积较小，所使用的皆是普通材料，所以还具有比较低的价格，相信会被广泛采用，为用户带来极大的方便。

关键词:自动翻页器单片机数字控制电路外型价格
A New Design of Auto Page -Turner
Wang Hongwu
(Xi’an Jiaotong university of Electronics and Communications，Xi’an 710049，China)
Chen Hong
(Xi’an Jiaotong university of Life science and technology, Xi’an 710049, China)
Abstract In this paper, research about the technology of page-turner both in home and abroad reveals that most present products have the shortcoming of large volume, strong noise and high rate of misoperation. The work supplies a modal of automatic page-turner based on the controlling of digital integrated circuits (DIC). The modal which uses single chip microcosm (SCM) to control the step motor and combines digital control circuits has the advantage of simple circuits and beautiful appearance. What’s more, for the volume is smaller and the material is ordinary, lower price will be another good point. The product would not only bring convenience to users but also be popular among consumers.
Keywords Auto page-turner Single Chip Microcosm（SCM）Digital control circle
Exterior Price
目录
第一章作品简介及前景分析
1.1 作品简介 (2)
1.2 前景分析 (2)
第二章相关领域国内外技术现状和发展趋势
2.1 国内技术现状 (2)
2.2 国外技术现状 (3)
第三章该新型自动翻页器的技术指标及创新
3.1 技术指标 (3)
3.2 创新点 (3)
第四章具体模型简介
模型简介 (4)
第五章作品评价
作品评价 (6)
一作品简介及前景分析
1.1 作品简介
本产品主要为不方便用手翻书的残疾朋友设计。

该翻书机由载书台、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。

控制电路以AT89s52单片机为核心。

工作原理：以顺序翻书为例，控制脚动开关或声控装置，则右边的书夹松开，吸纸装置吸起书的一角，然后由同步带的传动带动翻书棒翻起一页纸，右边的书夹合上。

翻书棒将该页纸翻到左边时，左边的书夹打开再合上，完成一次翻页，装置回到初始位置准备下次翻页。

反向翻书时，原理相同。

本产品使用220伏交流电源即可。

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。

二相关领域国内外技术现状和发展趋势
2.1 国内技术现状
2.1.1 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。

2.1.2 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。

2.1.3 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。

2.2 国外技术现状
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
三该新型自动翻页器的技术指标及创新
3.1 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。

3.2 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（天津大学的磨擦式电动翻谱台）采用平行于底边开槽的设计思路。

而我们设计出斜槽，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。

四具体模型简介
我们设计的翻页器的大概外形打算如下设计：
图一.简易自动翻页器外形示意图
主要的组成部分是：树脂型支撑架和滑动翻页片，带静电或者永磁性的吸附头，还有就是两个固定书页的钢性夹。

控制电路板可以做在支撑架的内部，这样既比较美观又省地方。

步进电机放在支撑板下方。

如下图所示：
图二.简易自动翻页器翻页示意图
硬件电路框图如下：
图三.555 电路组成的振荡电路
图四.CD4017 和或非门组成脉冲分配器
图五.前后翻页，启动和电机驱动
图六.步进电机正反转控制电路
五、作品评价
5.1作品评价
该作品是以机械设计基本理论、基本原理为指导，合理科学地运用了我们所学知识具有很强的理论依据和应用价值。

试验表明，该翻书机可以较好的完成翻书的动作，能够翻不同大小、不同厚度的书籍，且操纵简单。

当然，目前它还不完善。

因此下一步我们将从以下几方面进行改进：
1) 将翻书棒置于同步带上侧，这样就可以降低将控制箱顶距载书板的高度，使整个装置体积减小，显得更加美观。

2) 为翻书机制作一个架子，使其结构更合理，外观更美，也为更好地看书提供一个平台。

3) 在翻页装置部分，可将现有电机换为相同功率、体积较小的其他型号电机，不仅会使控制箱显得更加轻盈、小巧，而且可以进行其他方面的改进。

如将圆锥齿换为直齿，可以降低装配难度，且大大减小机械噪音。

4) 在控制箱上可安装台灯，其开关也可以用脚踏开关来实现，便于读者从夜晚看书。

在载书台上可以安装收音机或是随身听，将开关和调节旋钮做成脚动式，便于读者在看书疲劳时可以打开收音机或随身听休息。

结论
虽然我们设计的翻页器暂时还没有做成成品，但是由于它具有电路简单，外型美观，体积小，噪声低，价格便宜等优点，所以相信肯定会取得成功。

致谢
在我们的设计工作中，成都大学图书馆数据库给我们给予了很多的设计资料以及百度网给我们提供了很大的帮助。

当然，我的指导老师师董院长以及各位老师也给予了很多帮助，还有一些帮助我的同学，在这里对他们表示衷心的感谢。

参考文献：
【1】<<机械设计方法论>>
【2】百度网——自动翻页机概述
【3】豆丁网——自动翻页机的结构。