自動擦鞋機的設計[單片機]

自動擦鞋機的設計[單片機],單片機,自動,擦鞋,設計 - 廣東技術師范學院天河學院 本科畢業(yè)設計開題報告 題 目 ： 自 動 擦 鞋 機 系 別 ： 機 電 工 程 系 專 業(yè) ： 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化 姓 名 ： 學 號 ： 2010020143203 指 導 教 師 ： 劉 志 剛 年 月 日 - 1 - 本科畢業(yè)設計開題報告 系別 機電工程系 專業(yè) 機械設計制造及其 自動化 班級 本機制 101 姓名 學號 聯(lián)系方式 題目 自動擦鞋機的設計 一、 選題背景 全自動擦鞋機設計是一個實用課題。對皮革行業(yè)來講，擦鞋機發(fā)展好壞起著舉足輕重的 作用。通過參考、對比目前市場上已經研發(fā)或投入使用的擦鞋機，我發(fā)現(xiàn)很多技術還有待改良 更新。皮革機械沒有專門的學術系統(tǒng)支持，從事這方面研究的人才也是屈指可數(shù)，在擦鞋機這 一塊更是寥寥無幾。目前市場上擦鞋機多采用無變速機構的直流馬達帶動，通過簡單的旋轉運 動達到擦鞋的目的。其原理簡單，功能單一，無法真正實現(xiàn)自動化。本次設計通過運用機械原 理和機械設計等知識，已經在理論上初步實現(xiàn)了擦鞋機的自動化。與以往擦鞋機的不同之處就 在于不需要鞋去適應旋轉馬達，所有機構只有少數(shù)地方沿襲之前的風格。本次設計由老師全程 指導，主要運動部分設計大多出自老師的指點。包括關鍵部分的側面擦鞋機構、為適應不同鞋 碼的底面滑板機構、擦鞋采用的電動小馬達、所有齒輪采用的軸承座和用角鋼焊接的支架等。 整個擦鞋系統(tǒng)機構簡單，制造成本和難度都很低。 就實際意義來講，擦鞋行業(yè)在中國并不算蕭條。無論是城鄉(xiāng)小鎮(zhèn)、還是繁華都市，隨處都 可以看到那些擦鞋者的身影。他們中大多數(shù)還無法形成規(guī)模和影響力，相反現(xiàn)出表出的是爭鋒 相對的排擠和競爭，所以這些擦鞋者的經濟收益并不樂觀。除此之外，還有一部分比較上規(guī)模 的擦鞋商，比方說‘翰林擦鞋’ 。翰林擦鞋有很多的連鎖店，已經具有一定規(guī)模，一般情況下 擦拭一雙皮鞋的價格不會低于五元，當然具體還按鞋油的檔次配合定價。事實上翰林擦鞋目前 采用的依舊是人力擦鞋，或者采用市面上那種馬達回轉的擦鞋機。我個人覺得這種問題出現(xiàn)的 主要原因就是擦鞋機的生產商沒有投入太多精力與成本。本次設計的擦鞋機，我初步估計制造 成本不會高于 300 塊，不用到任何非機械原件，原理簡單，操作容易。如果用在擦鞋店，只需 把鞋子上方加一個受載裝置即可。平均每十分鐘擦一雙鞋，機器損耗的部分不會超過 5 毛錢。 這樣下來，一個擦鞋店在投入成本一樣的情況下，生產效率可能要翻幾倍， 二、課題設計 2.1 課題的內容 自動擦鞋機它是控制器，電機， 感應線，毛刷，油杯及外殼組成。 軟硬毛刷( 布毛刷, 塑料毛刷分布兩側,左右各兩個) ； 紅外線感應器（自動型使用；手動型，直接用電源開關即可） ； 線路板 (即控制感應器,手動開關,電機,及電源顯示燈)；外殼（目前市場上主要有木質及鐵質 - 2 - 外殼） ，油杯（它是由一個小彈簧，玻璃珠，及油嘴組合成套）, 將上述配件裝配起來，即可。 自動擦鞋機應用：家庭、小型辦公室或作為禮品 電源種類：交流 額定電壓：220V/50Hz 輸 入功率：45W 噪音：≤52DB 電機轉數(shù)：1400 轉（±≥50） 外形尺寸：35.5 cm x 20 cm x 27 cm 機身重量：6KG 啟動： 感應式 顏色：金色 銀色 黑色 2.2 課題的目的 擦鞋機，又可以稱自動擦鞋機， 全自動擦鞋機，感應擦鞋機，電動擦鞋機，擦皮鞋機。 隨著社會的高速發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對衣著外表的要求也越來越高。皮鞋光亮， 既體現(xiàn)人的精神 面貌，又反映人的素質修養(yǎng)。人人都穿鞋，穿鞋就離不開擦拭。因此，解決 此項服務的全自動擦鞋機具有廣闊的市場潛力。隨著現(xiàn)代人工作和生活節(jié)奏的加快，人們無暇 把時間浪費在手握鞋刷兩手油上，人工擦鞋既費時又費力。全自動擦鞋機取代傳統(tǒng)的手工擦鞋 便應運而生。 2.3 課題的意義 本自動擦鞋機采用超寧靜、耗電省的耐用馬達，最適合刷鞋的馬達轉速及馬達扭距力。擦 鞋刷選用優(yōu)質毛制成，柔軟有彈性，不傷鞋面，讓你輕松自如全面地拋亮鞋面，均勻透亮，潔 凈如新。擦鞋機采用特種間歇式免燒環(huán)電機，紅外感應原理，首自創(chuàng)了伸腳既開，抽腳自停的 全自動經典產品，滿足了現(xiàn)代人活生的愉節(jié)奏，高品位的需求。 2.4 文獻綜述 我國隨著社會的高速發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對衣著外表的要求也越來越高，現(xiàn) 代人工作和生活節(jié)奏的加快，人們無暇把時間浪費在手握鞋刷兩手油上，人工擦鞋既費時又費 力。全自動擦鞋機取代傳統(tǒng)的手工擦鞋便應運而生。皮鞋光亮，既體現(xiàn)人的精神面貌，又反映 人的素質修養(yǎng)。人人都穿鞋，穿鞋就離不開擦拭。因此，解決此項服務的全自動擦鞋機具有廣 闊的市場潛力。 擦鞋項目在中國乃至世界一直是盛久不衰的謀生項目,自從誕生了皮鞋就誕生了這個行業(yè), ，過去兩把凳子、兩把鞋刷、幾盒鞋油和抹布即可隨意地從事這種既簡單又投資小見效快的小 謀生項目！ 隨著我國經濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，這種地攤式的擦鞋越來越不能全方位地滿足 消費者的需求了，他們只能在街頭和巷尾經營，很難登大雅之堂，其它地方都是會被行政執(zhí)法 和城管和所禁止的，比如政府機關、商業(yè)寫字樓、商業(yè)街、高尚住宅等有秩序的公共場所是不 允許經營的。 - 3 - 因應這一市場需求，深圳市思科銘科技有限公司自行研制了獲得國家實用型新技術專利產 品----思科銘微電腦擦鞋機，它不僅功能齊全，可多方位擦拭皮鞋（自動噴油在鞋面） ；而且外 形美觀、實用大方；擦鞋機的上方還配有燈箱做為廣告載體，燈箱可選用多種方式承載廣告， 包括單一畫面的燈片式，動感畫面方式，感應式的魔鏡，以及可放置錄像，圖片等電腦廣告。 燈箱廣告位可以出租給其它需要做廣告宣傳的人士，因此也可以產生廣告位出租產生的經濟收 益。 只要是人流量大的地方都是我們產品能夠契入的終端市場，比如大型商場及超市、高尚住 宅區(qū)、政府機關、商業(yè)寫字樓、知名企業(yè)、電信及聯(lián)通營業(yè)部、科研院校、正規(guī)醫(yī)院、豪華賓 館、大型酒店、房地產營銷部、休閑會所、 機場等等。 三、課題研究現(xiàn)狀 3.1 國外研究現(xiàn)狀 國外自動擦鞋機以為客戶創(chuàng)造價值的理念，強大的品牌擴張能力,擁有自己獨特的技術與獨 創(chuàng)品牌,被廣大消費者迅速接受，向顧客提供優(yōu)質穩(wěn)定的產品和服務，努力幫助客戶解決生產過 程中存在的工藝難題，用心的去感受他人的需要，提升客戶價值、幫助客戶成功。 近年來，國外自動擦鞋機擦鞋巾鞋油之所以能取得這么好的成就是來自于能夠準確把握 當?shù)厥袌鲂枨蟮亩嘧兓?，既能根?jù)消費需求研發(fā)、生產出針對性的各種鞋油產品，又能依靠不 斷的創(chuàng)新創(chuàng)造消費著需求，從而成為國內鞋油的引領者。特別是其推出的水性液體鞋油、一次 性擦鞋紙相繼推出了特高光鞋油、擦鞋巾鞋油、膏狀鞋油、海綿鞋油等顛覆性的產品，受到消 費者的青睞，真正實現(xiàn)了高速增長，澳達牌擦鞋巾鞋油用現(xiàn)代先進的環(huán)保工藝，取代傳統(tǒng)的操 作模式既方便又快捷，真正實現(xiàn)了低能耗、無污染，完全符合國家提倡的創(chuàng)建高新科技企業(yè)及 環(huán)保要求，澳達模式的出現(xiàn)，改寫了街頭擦鞋業(yè)的歷史，劃時代的把擦鞋這項古老的職業(yè)引入 室內，創(chuàng)造了一個全新的產業(yè)，開啟了皮革護理行業(yè)的新時代。 根據(jù)市場需求，目前幾乎所有人都喜歡買皮鞋穿，然而皮鞋穿久了就會直接影響到個人 形象問題，可是話說穿皮鞋的講究真是有很多的學問，單從分類來說就有許多保養(yǎng)皮鞋的小技 巧，比如： 1、鞋不穿時應放通風處，切忌陽光下曝曬，否則鞋易變形。 2、皮鞋切忌浸入水中，如果浸入水中過量水份會出現(xiàn)鹽霜，并且影響皮革的延伸性與抗 強度，而且再穿時會有發(fā)硬的感覺，鞋易變形。 3、皮鞋不要與他人交叉著穿，不然會有明顯的變形，因為人的腳型是有差的，鞋穿著一 定時間后會與穿著人的腳趨于一致。 4、皮鞋收藏時要用不著鞋油滋潤革面，鞋腔內放入定型紙與干燥劑，放于通風處。 - 4 - 5、如要皮鞋烏黑發(fā)亮，打完鞋油后，灑上一些水，再用柔軟的布擦拭。 6、擦皮鞋時， 如果加涂一層蠟，然后用布或舊絲襪，鞋子會光亮如鏡。 7、如果發(fā)現(xiàn)皮鞋上有小裂痕，只要 涂上少量蛋青，即可彌合，再涂上鞋油，皮鞋就會光潔如新。 8、如果鞋油用完了，可用冷霜代替，這樣不僅把臟的地方擦干凈，皮面也會更加光這澤 柔軟。 展望未來，我們深信自動擦鞋機將有越來越大的發(fā)展前景。 3.2 國內研究現(xiàn)狀 擦鞋行業(yè)在中國并不算蕭條。無論是城鄉(xiāng)小鎮(zhèn)、還是繁華都市，隨處都可以看到那些擦鞋 者的身影。他們中大多數(shù)還無法形成規(guī)模和影響力，相反現(xiàn)出表出的是爭鋒相對的排擠和競爭， 所以這些擦鞋者的經濟收益并不樂觀。除此之外，還有一部分比較上規(guī)模的擦鞋商，比方說 ‘翰林擦鞋’ 。翰林擦鞋有很多的連鎖店，已經具有一定規(guī)模，一般情況下擦拭一雙皮鞋的價 格不會低于五元，當然具體還按鞋油的檔次配合定價。事實上翰林擦鞋目前采用的依舊是人力 擦鞋，或者采用市面上那種馬達回轉的擦鞋機。我個人覺得這種問題出現(xiàn)的主要原因就是擦鞋 機的生產商沒有投入太多精力與成本。本次設計的擦鞋機，我初步估計制造成本不會高于 300 塊，不用到任何非機械原件，原理簡單，操作容易。如果用在擦鞋店，只需把鞋子上方加一個 受載裝置即可。平均每十分鐘擦一雙鞋，機器損耗的部分不會超過 5 毛錢。 四、課題設計方案 4.1 設計方案選型與分析 方案一：采用各類數(shù)字電路來組成擦鞋機的控制系統(tǒng)，對外圍紅外信號進行處理。本方案 電路復雜，靈活性不高，效率低，不利于擦鞋機智能化的擴展，對各路信號處理比較困難。 方案二：采用 AT89C2051 單片機來作為整機的控制單元。紅外線探頭采用市面上通用的 發(fā)射管以及接收管組成簡易的遮擋式紅外發(fā)射與接收電路，將感應到的紅外信號通過三極管的 工作狀態(tài)轉化為數(shù)字信號送到單片機系統(tǒng)處理。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復雜的 硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡潔化，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。 基于單片機的自動擦鞋機主要由輸入、控制系統(tǒng)和輸出三部分組成。輸入部分主要包括電 源電路和紅外發(fā)射與接收電路；控制系統(tǒng)部分主要有單片機和外圍電路（上電自動復位電路、 時鐘電路、顯示電路）組成，該部分是整個系統(tǒng)電路的核心；輸出部分由驅動電路組成。基于 單片機的自動擦鞋機主要通過紅外發(fā)射與接收電路檢測信號，運用單片機的運算和處理能力來 實現(xiàn)擦鞋機的轉動，并通過顯示電路顯示其工作狀態(tài)。 - 5 - 方案三：擦鞋機的動力系統(tǒng)采用簡單的 XTD 系列直流電機，整個機體若不包括廣告部分 高不過 30 公分，體積小。減速部分支架用角鋼焊接，其余部分用薄鐵皮包裹即可，重量在 30kg 以內。減速部分齒輪為開式傳動，對灰塵油污都不敏感。 比較以上三種方案的優(yōu)缺點，方案一與二主要靠單片機控制，可只能擦除上表面的灰塵， 無法擦除側面和底面的灰塵，方案三簡潔、靈活、可擴展性好，能達到題目的設計要求，因此 采用方案三來實現(xiàn)。 4.2 方案的確定 擦鞋機的動力系統(tǒng)采用簡單的 XTD 系列直流電機，整個機體若不包括廣告部分高不過 30 公分，體積小。減速部分支架用角鋼焊接，其余部分用薄鐵皮包裹即可，重量在 30kg 以內。 減速部分齒輪為開式傳動，對灰塵油污都不敏感。再者擦鞋機本身屬于小負載低功率機構，對 所選材質強度韌度要求不高。所以本次設計并不是純理想構思，而是確實有實現(xiàn)的可能。 這次 設計運用到了大量的曾經所學的機械相關知識。包括曲柄滑塊機構，齒輪系傳動，凸輪設計、 齒面接觸疲勞強度校核，軸系部分脈動循環(huán)許用彎曲應力計算，以及各種鍵、軸承、彈性墊片 等零部件的選用原則等等。 4.3 方案的特點及創(chuàng)新 采用簡單的 XTD 系列直流電機 ,高不過 30 公分，體積小, 重量在 30kg 以內。 為了解決入室換鞋的問題，市場上出現(xiàn)一種擦鞋用具，就是放置在門口地板上的可以用來 擦拭鞋底的方形輔墊，但是這種鋪墊不僅容易重復污染鞋底，而且擦拭鞋底時比較費力，并且 鋪墊還不便于清洗。普通的用于賓館、商店等場所的電動擦鞋機，主要由殼體、電動機、機械 傳動部分和鞋面擦鞋刷組成，但是它一般僅僅用于對皮鞋上表面的擦拭，當需要清潔鞋底時就 相當麻煩，如脫鞋或翻轉腳底。所以難以很好的解決入室換鞋的問題。 該擦鞋機鞋底刷的設計可使人們不需要脫鞋，只要把腳踏在其擋腳護欄上，接通電源，就 能清潔鞋底，從而達到入室不用換鞋的目的。 鞋底擦鞋刷的側面設有踏腳用的擋腳護欄。擦鞋刷的桿部要低于擋腳護欄的外側，而刷毛 - 6 - 部分則要高出，以保證鞋踏在擋腳護欄上時，即不會防礙擦鞋刷桿部的運動，又可以使刷毛起 到清潔鞋底的作用。 鞋底擦鞋刷設計成鞋刷朝上方作用的平置式刷輪，當人們需要使用時只要將腳踏在擋腳護 欄上，就可以完成清潔鞋底的目的。 擦鞋刷的下部設置一個貯灰槽，可以方便地收集、清掃清潔鞋底后留下的灰塵，從而達到 環(huán)保的目的。這個貯灰槽可以設計成能夠裝卸的活動件，這樣貯灰槽就能夠方便的清潔和更換。 鞋底擦鞋刷的機械傳動的部分，設計成裝有刷毛的皮帶輪。 在踏腳用的擋腳護欄的設計上，為了方便人們的操作以及對踏腳用的擋腳護欄的清潔，將 擋腳護欄設計成能夠裝卸的活動件，這樣既可以方便人們更換擋腳護欄，又能達到環(huán)保的目的。 將機械傳動部分和擦鞋刷之間的連接方式設計成能夠裝卸的連接方式，可以方便人們替換 擦鞋刷，擦鞋刷的桿部和刷毛之間也設計成能夠裝卸的連接方式。這樣人們就能夠方便的更換 所需要更換的零件，從而大大的提高了該擦鞋機的通用性。 本鞋底擦鞋刷的優(yōu)點在于： （1）適用性廣，如賓館、居室、電梯口等對地板清潔度要求高的場所均可以安放。 （2）該鞋底擦鞋刷使用方便，只需要將腳踏在腳護欄上，就可以達到清潔鞋底的目的。 為了方便操作而設計了鞋油儲量顯示裝置，該裝置可由推動頭控制的另一推動元件驅動其 工作，顯示鞋油儲量，顯示裝置有小型照明裝置清晰顯示。 壓板帶有與腔體內壁相配臺的導向凸緣，保證壓板平穩(wěn)前進，為加強壓板平穩(wěn)性。推動頭 可設置多個，與壓板同時接觸。 貯油腔的出油口為多條縫，出油口為多列排列。出油口直接與刷體毛觸面接觸，向毛觸面 供油，再由毛觸面將鞋油涂敷予鞋面。 綜上所述，本鞋油供油裝置采用棘輪加壓機構，在加油間隙能對腔體保持恒定壓力使每次 加油動作均能可靠地注出鞋油，其注出量由棘輪轉過的齒數(shù)較準確地控制．采用條排孔狀出油 口保證鞋油較均勻地注出，巧妙利用細縫或小孔中鞋油干結對臟內鞋油的自動隔離作用、有效 地防止因鞋油大量干結而無法使用。帶有小型照明裝置的鞋油儲量顯示裝置使其操作十分直觀。 五、預期結果 通過上網查閱資料、翻閱相關書籍，在市場對自動擦鞋機進行了詳細的市場 調查，來研究自動擦鞋機的工作原理及結構并對自動擦鞋機的發(fā)展趨勢進行了考 - 7 - 查探究。最終我組選擇牧田自動擦鞋機為例，將其拆分進行自動擦鞋機的內部結 構分析、計算及三維結構設計，運動分析，各零件的連接分析與設計。另外運用 三維建模軟件做出了三維模型，在不同角度和部位做了爆炸圖以便更好的分析其 內部結構、連接方式和運作方式，運用 AutoCAD 進行了典型零件的三視圖繪制。 最后對其外形進行了構思創(chuàng)意設計。 不僅讓我的設計思維得到了鍛煉，難能可貴的是不知不覺中已經將大學四年的 知識鞏固了一遍。即將走上社會，所謂“臨陣磨槍，不亮也光” ，這次設計給我?guī)?來的裨益是不言而喻的?？上У氖侵澳サZ的太少，幾乎都沒有獨立去完成過有關 機械設計方面的任務，這次設計也算是可以彌補大學四年的遺憾了。 六、設計主要步驟（介紹主要設計過程及設計說明書提綱） 第 1 章 緒論 .................................................................2 1.1 引言 ...................................................................3 1.2 自動擦鞋機研究現(xiàn)狀 .....................................................3 1.3 自動擦鞋機發(fā)展趨勢 .....................................................3 第 2 章 資料查詢與市場調研 ...................................................4 2.1 資料查詢 ...............................................................4 2.2 自動擦鞋機的市場調研 ...................................................5 第 3 章 總體方案設計 .........................................................7 3.1 自動擦鞋機工作原理分析與說明 ...........................................7 3.2 自動擦鞋機的總體結構設計 ..............................................10 3.3 典型機構設計 ..........................................................11 3.3.1 直流電動機 ........................................................11 3.3.2 空間齒輪結構 ......................................................13 3.4 鞋面刷輪的原理設計 ........................................................ 3.5 鞋底刷的原理設計 .......................................................... 3.6 供油裝置的原理設計 ........................................................... 第 4 章自動擦鞋機結構設計 第 4 章 自動擦鞋機結構設計 ..................................................... 4.1 電動機的選擇 ............................................................ 4.2 具體結構設計 .........................................................14 4.3 設計說明 .............................................................15 4.4 注意事項 .............................................................15 4.5 結構分析 .............................................................15 4.6 連接關系 .............................................................15 4.7 軸承設計 .............................................................15 - 8 - 第 5 章 設計說明書 ..........................................................17 5.1 自動擦鞋機外觀設計 ...................................................17 5.2 設計來源 .............................................................19 5.3 設計流程 .............................................................19 5.4 產品規(guī)格 .............................................................19 5.5 使用說明及注意事項 ............................................................................................................................20 第 6 章 設計總結 ......................................................................................................................................................21 七、進度計劃 序號 任務名稱 開始時間 結束時間 1 選題 2 查閱中、外文獻資料，外文資料翻譯，確定 系統(tǒng)設計方案 第七學期 第七 周 第十二周 3 開題 第七學期 第十 三周 第十九 4 進行畢業(yè)設計 第七學期 第二十周 第八學期 第 三周 5 中期檢查 第八學期 第三 周 第八學期 第 三周 6 上交畢業(yè)設計正稿打印版及電子材料，畢業(yè) 設計及設計說明書光盤，完成畢業(yè)答辯 ppt 第十一周 第八學期 第 六周末 7 畢業(yè)答辯 第八學期 第十 二周 第十三周 (2012.5.26 日 前) 八、參考文獻 [1] 李建勇.機電一體化技術[M]. 北京: 科學出版社,2004. [2] 李運華.機電控制[M].北京 :北京航空航天大學出版社,2003. [3] 洪鐘洲.數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趁勢.機電一體化.1996 [4] 項占琴.微電子機械的發(fā)展現(xiàn)狀及前景.機電工程.1997 ， [5] 張建民.機電一體化系統(tǒng)設計[M]. 北京：北京理工大學出版社， 1996 [6] 陳瑜.國外機電一體化技術發(fā)展趨勢[J]. 國外機電一體化技術 .2000，5 - 9 - [7] 成大先.機械設計手冊,第五卷[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社，2002:22-3 - 22-109. [8] 王昆等.機械設計課程設計[M]. 北京: 高等教育出版社,1995:1-11,47-49,140. [9] 王杰等.機械制造工程學[M]. 北京: 北京郵電大學出版社，2004:25-33. [10] 良貴，紀名剛.機械設計[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社，2001:100-106,147-156, 200-203,301-318,335-345,355-362. 指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日 教研室審核意見： 教研室主任簽名： 年 月 日 備注：本開題報告須裝入學生的畢業(yè)設計（論文）檔案袋存檔。