張 樂 黃浩釗 張瑞龍

（西安交通工程學(xué)院，西安 710300）

隨著第六代辦公自動(dòng)化的發(fā)展，辦公自動(dòng)化開始普及。辦公自動(dòng)化是將現(xiàn)代辦公與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的新型辦公方式，辦公過程具有高效化和智能化的特點(diǎn)。辦公自動(dòng)化或者數(shù)字化辦公可以優(yōu)化現(xiàn)有的管理組織結(jié)構(gòu)，調(diào)整管理體制，提高辦公效率，增加協(xié)同辦公能力，強(qiáng)化決策能力。隨著印刷數(shù)字化的爆發(fā)式發(fā)展，原有的印刷工藝和流程被顛覆[1]。近年來，印后裝訂技術(shù)發(fā)生了顯著轉(zhuǎn)變，即由手動(dòng)和半自動(dòng)化轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑?、?shù)字化以及自動(dòng)化，速度由低速向高速發(fā)展[2]。例如，全自動(dòng)推夾器實(shí)現(xiàn)了推夾器的自動(dòng)化。

1 全自動(dòng)推夾器設(shè)計(jì)方案

1.1 推夾器工作原理

得力8591A型推夾器在裝訂文件時(shí)，將裝訂夾安裝于裝夾口的內(nèi)部通道，由推夾鈕將其推至出夾口通道，將裝訂的文件放置于出夾口并調(diào)整位置，同時(shí)將推夾鈕繼續(xù)推出，即可完成裝訂。

1.2 推夾器自動(dòng)化方案

設(shè)計(jì)人員通過總結(jié)對(duì)比辦公領(lǐng)域中裝訂設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)目前文件裝訂設(shè)備存在的問題和推夾器具有的巨大潛在優(yōu)勢，因此改造和設(shè)計(jì)了全自動(dòng)推夾器。與傳統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)相比，自動(dòng)化推夾器的機(jī)械手應(yīng)具有控制功能和檢測功能，可以實(shí)現(xiàn)推夾器的精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)和作業(yè)[3]。最終，設(shè)定方案選擇以手動(dòng)推夾器為原型進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。

全自動(dòng)推夾器利用Arduino Nano開發(fā)板實(shí)現(xiàn)控制，將L293D驅(qū)動(dòng)器作為橋梁來連接開發(fā)板和電機(jī)并加裝傳感器，以保證裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的智能性和穩(wěn)定性。

2 全自動(dòng)推夾器的自動(dòng)化設(shè)計(jì)

2.1 硬件部分的設(shè)計(jì)

2.1.1 開發(fā)板

Arduino是經(jīng)過二次封裝的單片機(jī)系統(tǒng)，具有成本低廉、開源、接口豐富、配套設(shè)備易獲取、體積小、計(jì)算能力強(qiáng)、兼容性好以及便于開發(fā)和使用等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員利用推夾器輕便易攜帶的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)了符合要求的Arduino Nano電路，如圖1所示。

2.1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

因?yàn)殚_發(fā)板不能直接控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，所以需要將電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片作為橋梁來連接開發(fā)板和直流電機(jī)。L293D驅(qū)動(dòng)器實(shí)物如圖2所示。

L293D驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的原理示意圖，如圖3所示。將馬達(dá)連接到控制器的兩個(gè)輸出引腳，并將對(duì)應(yīng)的兩個(gè)輸入引腳分別作為高電平和低電平，此時(shí)電流便會(huì)流過馬達(dá)使其旋轉(zhuǎn)。

2.1.3 傳感器

全自動(dòng)推夾器使用兩種設(shè)備來確保裝訂過程的穩(wěn)定性和可靠性。第一種是光電感應(yīng)模塊，用來感應(yīng)裝訂文件。光電感應(yīng)模塊感應(yīng)到紙張深入時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)全自動(dòng)推夾器的裝訂流程。第二種是為了感應(yīng)全自動(dòng)推夾器內(nèi)頂針的位置而添加的限位開關(guān)，用來保證全自動(dòng)推夾器每次裝訂時(shí)都能將裝訂針推到指定位置。

2.2 軟件部分的設(shè)計(jì)

自動(dòng)推夾器使用的是Arduino Nano開發(fā)板，采用C語言編寫程序。自動(dòng)推夾器代碼編寫流程如圖4所示。

3 全自動(dòng)推夾器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期，先采用Autodesk Fusion 360軟件建模，模擬運(yùn)轉(zhuǎn)全自動(dòng)推夾器的整體結(jié)構(gòu)，再確定全自動(dòng)推夾器的機(jī)械結(jié)構(gòu)模型[4-5]。根據(jù)人體力學(xué)設(shè)計(jì)的全自動(dòng)推夾器具有良好的手握效果，可以減輕長時(shí)間帶來的疲勞感。全自動(dòng)推夾器結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。

由圖5可知，設(shè)計(jì)的自動(dòng)推夾器可分為外殼、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路3大部分。

外殼即自動(dòng)推夾器的“身體”。采用3D打印技術(shù)，一體化成型，結(jié)構(gòu)簡單，外觀簡約。采用集成化設(shè)計(jì)，直接集成了機(jī)械結(jié)構(gòu)的卡槽，并與其余兩個(gè)部件高度配合。

機(jī)械結(jié)構(gòu)即自動(dòng)推夾器的“心臟”。它包含所有的動(dòng)力結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、壽命長以及耐磨損等特性。

電路部分即自動(dòng)推夾器的“大腦”。它控制整個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，使用Arduino開發(fā)板控制L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，以保證電機(jī)穩(wěn)定可靠。此外，3個(gè)位置傳感器可以確定電機(jī)位置，從而保證電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確性。

4 全自動(dòng)推夾器實(shí)驗(yàn)分析

全自動(dòng)推夾器按照整體方案設(shè)計(jì)3D建模打印外殼，并將主程序燒錄進(jìn)開發(fā)板，安裝硬件部分，以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。產(chǎn)品最終測試參數(shù)如表1所示。

表1 產(chǎn)品最終測試參數(shù)表

5 結(jié)語

全自動(dòng)推夾器作為自動(dòng)化辦公的重要工具，具有節(jié)約環(huán)保的應(yīng)用優(yōu)勢，在實(shí)際應(yīng)用中有利于節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境。同時(shí)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步提升了制造機(jī)械驅(qū)動(dòng)設(shè)備的技術(shù)水平。研發(fā)和應(yīng)用高質(zhì)量、小體積的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，可以有效節(jié)約生產(chǎn)資源。目前，相關(guān)人員已經(jīng)改善了辦公領(lǐng)域的文件裝訂設(shè)備在使用時(shí)容易出現(xiàn)損傷紙張、使用不便以及效率低下等問題。實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)的全自動(dòng)推夾器已基本滿足辦公自動(dòng)化的使用需求，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。