李小陳

摘 要：本文提出了一種基于單片機(jī)控制的絲襪折疊機(jī)的概念設(shè)計(jì)。建立簡潔明了、實(shí)用可調(diào)、操作方便的人機(jī)界面。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

自動絲襪折疊機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)；驅(qū)動、傳動、功能系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)選取。支撐機(jī)構(gòu)和造型設(shè)計(jì)的初步分析；電氣原理圖概念設(shè)計(jì)；主回路、控制回路、功能回路的繪制。供電回路、通訊回路以及其他回路的技術(shù)分析；工作和控制流程、I/O分配、循環(huán)程序的設(shè)計(jì)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：自動折疊機(jī)；絲襪；皮帶輪組；可編程控制；人機(jī)界面

1、緒論

1.1課題選題背景

1.1.1絲襪生產(chǎn)工藝流程

襪子是成形產(chǎn)品。以下是絲襪生產(chǎn)工藝：

（1）原料顏色打樣─定購原料─襪子設(shè)計(jì)─襪子打樣─確定工藝；

（2）襪子大貨生產(chǎn)—下機(jī)檢驗(yàn)—縫頭拷口—定型整燙—整理包裝。

本課題研究方向解決最后一步：整理包裝。

1.1.2 目前疊絲襪機(jī)研究現(xiàn)狀

德國Jensen公司的折疊機(jī)的種類很多，可以適合不同的洗滌廠的工作量，核心零部件包括控制器、電機(jī)、變頻器和光電傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器等等。

江蘇泰州市通洋洗滌機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的ZD3300-V智能化控制系統(tǒng)，取消了傳統(tǒng)的機(jī)。

1.2本文主要研究內(nèi)容

本文在分析國內(nèi)外折疊機(jī)的基礎(chǔ)上提出了一種專門用來折疊絲襪的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)。以最小的動力需求，并基于單片機(jī)編程控制，提供簡潔的人機(jī)界面。通過光電傳感器和電磁鐵的配合，加以合理的控制程序，完成不同長度絲襪的高效折疊。并且，為了省電節(jié)能，利用光電實(shí)現(xiàn)自啟停功能。

2、機(jī)械系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)

2.1 自動疊絲襪機(jī)的性能結(jié)構(gòu)分析

2.1.1 功能分析

絲襪整理方法有三種：卷、疊、疊卷合用等方法。

2.1.2 方案分析

絲襪的折疊是一個(gè)反復(fù)的運(yùn)動過程，其核心算法是循環(huán)：

（1）從一端開始反復(fù)折疊

利用摩擦輪和折板構(gòu)成的步進(jìn)結(jié)構(gòu)：

2.1從一端開始折疊示意圖

工作流程為：①啟動光電動作，傳動摩擦輪啟動；②折疊光電動作，步進(jìn)摩檫輪開始下行，并將絲襪牽引至可折疊位置，然后上行復(fù)位給折疊板留出運(yùn)行空間；③折疊板開始反轉(zhuǎn)折疊，折疊完成后復(fù)位至水平位置；④在折疊光電一直動作的情況下，重復(fù)前三步操作，直至折疊光電復(fù)位；⑤折疊光電復(fù)位后，折板正轉(zhuǎn)將絲襪送至傳送到下一步；⑥啟動光電設(shè)置延時(shí)，其時(shí)序等于折疊一條絲襪的工序時(shí)間。當(dāng)啟動光電復(fù)位后，延時(shí)一條絲襪時(shí)序后，機(jī)構(gòu)自動停止。

（2）從中間開始反復(fù)折疊

利用皮帶機(jī)構(gòu)的帶輪對絲襪擠壓折疊：

2.2從中間開始折疊示意圖

工作流程為：①啟動光電動作，皮帶輪組工作；②絲襪擋住1#光電時(shí)，延時(shí)（可調(diào)），1#電磁鐵推動切塊工作，延時(shí)2s復(fù)位；③絲襪擋住2#光電時(shí)，延時(shí)（可調(diào)），2#電磁鐵推動切塊工作，延時(shí)2s復(fù)位；④絲襪擋住3#光電時(shí)，延時(shí)（可調(diào)），3#電磁鐵推動切塊工作，延時(shí)2s復(fù)位；⑤如有必要可以增加帶輪組，以及廣電和折板來折疊更長的絲襪；⑥啟動光電設(shè)置延時(shí)，其時(shí)序等于折疊一條絲襪的工序時(shí)間。當(dāng)啟動光電復(fù)位后，延時(shí)一條絲襪時(shí)序后，機(jī)構(gòu)自動停止。

2.2 可行性方案概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 動力系統(tǒng)選用

本方案主要以旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為主，采用電動機(jī)驅(qū)動，正確選擇功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、以及啟動、調(diào)速、制動和過載等要求。

2.2.2 傳動系統(tǒng)選用

齒輪傳動功率范圍大、傳動效率高、使用壽命長。但需要較高的制造和安裝精度，成本較高。其優(yōu)可良好的在本機(jī)構(gòu)應(yīng)用，其缺點(diǎn)可很好的在本機(jī)構(gòu)規(guī)避。

2.2.3 功能系統(tǒng)選用

本文利用光電傳感器檢測絲襪的行程，利用電磁鐵推動折刀完成折疊過程，對這兩個(gè)功能器件進(jìn)行選型：

（1）光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。

（2）電磁鐵是利用載流鐵心線圈產(chǎn)生的電磁吸力來操縱機(jī)械裝置，以完成預(yù)期動作的一種電器。因交流電磁鐵啟動力較大，換向時(shí)間短，能輕松推動折刀動作，因此選用交流電磁鐵。

2.2.4 總裝設(shè)計(jì)與造型設(shè)計(jì)分析

（1）總裝設(shè)計(jì)

充分考慮驅(qū)動軸的上下移動以便調(diào)整帶輪之間的間隙；光電傳感器的前后左右可調(diào)性以保證光電動作精準(zhǔn)且不會誤動作；電磁鐵的前后和上下的可調(diào)整性，保證折刀能正確的引導(dǎo)絲襪進(jìn)入折疊程序。

（2）造型設(shè)計(jì)

造型設(shè)計(jì)，是指利用形狀、圖案或者其結(jié)合以及色彩與形狀、圖案的結(jié)合所做出的富有美感并能應(yīng)用的形體新設(shè)計(jì)。非流水線的絲襪折疊機(jī)可借鑒打印機(jī)的造型設(shè)計(jì)。

3、電氣控制系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)

3.1 自動疊絲襪機(jī)的電氣原理圖設(shè)計(jì)

3.1.1 主回路設(shè)計(jì)

為了擁有良好的啟動性能，采用星三角啟動方式。

3.1.2 控制回路設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)折疊功能的控制回路主要需要四個(gè)光電輸入和五個(gè)輸出。

3.1.3 功能回路及其他回路設(shè)計(jì)

功能回路主要由電磁鐵和折刀實(shí)現(xiàn)，其要點(diǎn)是電磁鐵要有延時(shí)復(fù)位功能，電磁鐵動作2秒后立即復(fù)位，不影響下一條絲襪的進(jìn)入。

其他回路主要圍繞三個(gè)主回路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2 控制回路打包方案設(shè)計(jì)

3.2.1 基于電氣原理圖自制PCB板

自制PCB板有助于節(jié)約成本，只需采購簡單的延時(shí)繼電器和輸出繼電器，便可焊制所需的電路板，但僅限于實(shí)驗(yàn)或測試使用。

3.2.2 基于C語言編程控制

C語言含有豐富的類能很好的滿足客戶的變更需求，成本比PLC低廉，適用于小型的非流水線的打包方案。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)構(gòu)想

3.3.1 人機(jī)界面

增加顯示屏、旋鈕、按鈕給用戶提供良好的人機(jī)界面，便于使用者依據(jù)絲襪的尺寸對折疊機(jī)時(shí)序進(jìn)行任意調(diào)整。

3.3.2 測試參數(shù)包

對市場上的大部分絲襪進(jìn)行折疊機(jī)測試，給出絕大部分絲襪的折疊機(jī)參數(shù)包；另外對折疊機(jī)設(shè)置多個(gè)出料口，不同長度的絲襪從不同的處理口出料。