CN206796921U - 一种利用超声波控制的全自动翻书机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用超声波控制的全自动翻书机，包括放书板，放书板上一矩形区域的侧边上设有吸书装置，所述吸书装置上还设有翻书装置；吸书装置包括带有转盘的吸书管舵机和一端开口弯折朝向放书板的吸书管，所述吸书管另一端与设置在放书板底部的吸气泵连通，吸书管中部设有套接在转盘曲面上的折叠弯曲导管；翻书装置包括固定在放书板上的翻书舵机和与翻书舵机传动连接且平行于放书板的翻书杆；所述挡板外侧设有超声波测距传感器，放书板底部设有分别与超声波测距传感器、吸书管舵机、吸气泵和翻书舵机单独连接的处理器。本实用新型提供一种利用超声波识别操作然后通过空压装置精确实现吸附书页翻书效果的半自动翻书机。

Description

一种利用超声波控制的全自动翻书机

技术领域

本实用新型涉及残障辅助设备领域，具体是指一种利用超声波控制的全自动翻书机。

背景技术

现代生活中，人们通过许多机械设备来替代人工进行工作，大大的提高了生活或生产效率，减轻了人们的负担，给人们的生活带来的诸多便利。而在我们翻看纸质书籍时，常常需要用手去翻页，这种简单动作对于正常人来说较为容易，但是对于残障人士则会出现诸多不便，许多手臂残疾的人只能通过断臂甚至面部来进行翻书，极大的增加了残疾人看书的负担。而且在平时扫描书籍时，也会一页页的翻书扫描，通过人工去处理效率较低。

针对上述出现的问题，人们发明了能够自动翻书的装置。现有的自动翻书装置中，往往采用多个步进电机协同操作达到翻书的目的，但在翻书时通常是通过步进电机带动转杆去搓起书页，再用另一个转杆将搓起的书页拨到一边即可。在搓书的过程中，书页是受到表面压力向书脊一侧移动出现空隙后才能够被拨动，但往往会因为书页间的摩擦力作用会出现多页书页被搓起的现象，从而导致一次翻动多页的问题出现；而且如果搓动的力较小时，不容易搓起书页，一旦搓动的力较大时，便会对书页表面造成损伤。

实用新型内容

针对上述现有技术的缺陷，本实用新型提供一种利用超声波识别操作然后通过空压装置精确实现吸附书页翻书效果的半自动翻书机。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种利用超声波控制的全自动翻书机，包括放书板，所述放书板上设有垂直于放书板的挡板，放书板上一矩形区域的侧边上设有吸书装置，所述吸书装置所在侧边的中心位置设有翻书装置，所述挡板设置在吸书装置所在侧边的相对边上；

吸书装置包括带有转盘的吸书管舵机和一端开口弯折朝向放书板的吸书管，所述吸书管另一端与设置在放书板底部的吸气泵连通，吸书管中部设有套接在转盘曲面上的折叠弯曲导管；

翻书装置包括固定在放书板上的翻书舵机和与翻书舵机传动连接且平行于放书板的翻书杆；

所述挡板外侧设有超声波测距传感器，放书板底部设有分别与超声波测距传感器、吸书管舵机、吸气泵和翻书舵机单独连接的处理器。

本实用新型是通过将书籍平放在放书板上，然后利用多个装置协同配合达到放书效果的装置。首先所述的放书板没有对其形状进行限定，只要具有较大的面积能够放置不同尺寸的书籍即可。所述的矩形区域是为了适应书籍翻开时的形状而设定的操作区域，当放置好书籍后，所述翻书舵机正好处于书脊一侧。所述的翻书舵机和吸书管舵机均为一种步进电机结构，其常用在模型中用于操控方向，或者用在仿生机器人上用于控制关节转动，舵机主要是由电路板、驱动马达、减速器与位置检测元件所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 IC驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。而所述的吸书管即为软性材质，所述的折叠弯曲导管结构是类似于吸管上的波纹折叠结构，通过增加可变管长余量实现伸缩折叠弯曲的效果。所述转盘与吸书管上部弯折部分接触，使得转盘转动时，吸书管上部的弯折部分能够绕转盘旋转，此时折叠弯曲导管便伸长以补充吸书管前端弯折部分的旋转量。

当整个装置通电时，使用者只需在超声波测距传感器的测距范围内用物品触发超声波测距传感器即可，所述的超声波测距传感器的探测范围在1cm-20cm之间，当超声波测距传感器检测到阻碍物时，便发送信号到处理器中。所述的处理器即为带有数模转换功能的单片机，处理器受到信号后便通过设定好的程序控制吸气泵的继电器打开吸气泵，同时控制吸书管舵机通电转动一定角度。当吸书管与书页表面接触后，吸书管舵机的转动阻力增大，吸书管舵机内的位置检测器便判断以达到定位位置便停止，当达到一定时间后，处理器便再次发送信号控制吸书管舵机反向转动，此时吸气泵一直在工作，吸书管管口出现负压，使得书页能够贴在吸书管上并被吸书管舵机带动向上移动被抬起。之后吸书管舵机待返回到起始位置时便停止工作，此时书页已被吸附在吸书管管口处，处理器再发送信号控制翻书舵机工作，此时的翻书杆指向吸书装置，翻书舵机启动后所述翻书杆便转动一定角度。翻书杆转动时便与被提起的书页接触并带动书页向书脊方向移动，最终随着翻书杆移动到书脊另一侧完成翻书过程。虽然翻书杆在带动书页移动时，吸气泵还处于工作状态，但是书页受到的空气压力方向是垂直与吸书管管口平面，书页随翻书杆移动时是从侧面垂直于压力方向进行移动，所以不会出现较大阻力或者损坏书页的问题发生。而当翻书舵机停止工作后，处理器便控制吸气泵停止工作，再控制翻书舵机反向转动并返回初始状态，此时便完成一个翻书过程。而在处理器接收到超声波测距传感器的反馈信号到翻书舵机返回初始状态的过程中，处理器不会再对超声波测距传感器的反馈信号作出反馈，直到翻书过程结束后1s才能够继续重复翻书作业。

因为是利用空气吸附来提升书页，所以只会有表面一页纸张会被吸附提起，而下部的书页不会受到摩擦力。即使书页间具有一定的静电吸力，也会在不断升高的过程中因自身重力下落，所以本实用新型能够精确提起一张书页进行翻动，以解决现有技术出现的问题。

本实用新型所采用的舵机和处理器均可在市场上采购来进行安装，而对于单片机的设置是本领域技术人员所公知的技术手段，对于单片机控制步进电机原理和超声波测距传感器的反馈机制也均为常用手段，故在此不再赘述。

为更好的实现本实用新型，进一步地，所述放书板上与吸书装置所在侧边相邻的两条对边上对称设有一组与处理器连接的压书舵机，所述压书舵机上设有用来压紧书页的压书弹簧杆。所述的压书舵机、翻书舵机和吸书管舵机均为同一型号的舵机，都与处理器形成一个单独的控制电路。以压书弹簧杆贴合在放书板表面为初始状态，将书放置在放书板上时，可通过扳动压书弹簧杆将书放在压书弹簧杆下部。在处理器接收到超声波测距传感器的反馈信号后，便控制压书舵机工作，压书弹簧杆便向上转动，从而释放被压紧的书籍。当压书弹簧杆转动到竖直状态或者与放书板夹角为钝角时便停止转动，待到处理器控制翻书杆完成翻书过程后，处理器再控制压书弹簧杆反向转动并恢复初始状态，以夹紧被翻动的书页。

进一步地，所述放书板上以翻书装置为中心点对称设置有两个吸书装置，所述挡板上设有两个超声波测距传感器。现在在原有基础上进行优化，在翻书装置两侧对称设置有两个吸书装置和两个超声波测距传感器，从而能够从两个方向进行翻书作业。两侧的超声波测距传感器不会互相干扰，一旦任意一个超声波测距传感器接收到阻挡信号进行反馈，处理器便在处理信号进行反馈期间不会对任何超声波测距传感器发送过来的信号进行反馈，直到翻书过程结束后，压书弹簧杆恢复原位之后1s才会继续对超声波测距传感器的发送过来的信号进行反馈。设置在一侧的超声波测距传感器与设置在同侧的吸书装置相对应，而一般书籍的翻动顺序都是从右向左翻动书页，所以当书籍放置在放书板上时，触发右侧的超声波测距传感器，处理器便会控制右侧的吸书装置进行工作，将书籍从前向后翻动，以符合正常的读书习惯。而触发左侧的超声波测距传感器，则会控制右侧的吸书装置进行工作，将书籍从后向前翻动，为使用者提供更多的便利。所述的翻书杆的初始位置均平行于书籍的上边沿，而且指向书籍的右侧，触发右侧的超声波测距传感器即如上述步骤进行，但触发左侧的超声波测距传感器时，当左侧的吸书装置将书页提起时，翻书杆还处在初始位置，因为需要将书页从左向右翻动，所以处理器会发出指令使得翻书舵机控制翻书杆逆时针转动360°恢复到初始位置便停止，从而将书页从左向右翻动。

进一步地，所述放书板为矩形结构，放书板两侧边均设有一个多连杆升降架。所述的多连杆升降架结构是多个条状且两端据设有通孔的转杆依次连接组合而成的，转杆与转杆之间通过在单侧通孔内插入的转轴进行活动连接。一般所述转杆至少为3根，分别为第一转杆、第二转杆和第三转杆。平行固定在放书板两侧的为第一转杆，第一转杆一端的通孔内插有第一转轴，所述第二转杆的一端嵌套在第一转轴的外侧，而第二转杆的另一端通孔内设有第二转轴，第三转杆一端嵌套在第二转轴的外侧，使得整个多连杆升降架在折叠状态时能够折叠到最小体积，而张开时侧面为Z字形结构。通过多连杆升降架能够调整放书板的位置，提高整个装置的便捷性。

进一步地，所述翻书杆为表面光滑的圆柱形结构。所述的圆柱形结构能够防止在与书页接触时因接触面过小损坏书页的问题发生。

进一步地，所述放书板中部设有垂直于挡板用来固定书脊的通槽。通槽不仅能够用来固定整本书籍，而且使得翻书更加容易。

进一步地，所述吸书管开口处边沿上设有两个或两个以上的通风槽。当书页被吸附在吸书管管口时，还能够通过通风槽进风，避免吸气泵荷载过大造成电机损坏，而且通风槽上的空气速度较快，空气压强减小，使得书页表面能够更好的贴合整个吸书管管口。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型结构简单体积较小，不仅能够达到半自动辅助翻书的功能，而且相较于现有技术，重量较轻，功能简单高效，制造与后期维护成本较低。

（2）本实用新型通过吸风装置与翻书装置的配合，能够有效精确的完成翻页作业，相较于现有技术通过摩擦是书页分离形成空隙的技术，通过吸气方式能够避免损坏书籍的同时，还能够避免摩擦分离不彻底的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本实用新型的俯视立体结构示意图；

图2为本实用新型的右侧视角的立体结构示意图；

图3为本实用新型的左侧视角的立体结构示意图。

其中：1—放书板，2—挡板，3—吸书装置，301—吸书管舵机，302—吸书管，303—吸气泵，304—转盘，4—翻书装置，401—翻书舵机，402—翻书杆，5—超声波测距传感器，6—压书舵机，7—压书弹簧杆，8—多连杆升降架。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

本实施例的一种利用超声波控制的全自动翻书机，如图1所示，包括矩形的放书板1，所述放书板1为长60cm、宽40cm、厚度5cm的木材板，放书板1底边设有垂直于放书板1的挡板2，放书板1上边一侧设有吸书装置3，所述吸书装置3所在上边的中心位置设有翻书装置4；吸书装置3包括带有转盘304的吸书管舵机301和一端开口弯折朝向放书板1的吸书管302，所述吸书管302另一端与设置在放书板1底部的吸气泵303连通，吸书管302中部设有套接在转盘304曲面上的折叠弯曲导管；吸书管舵机301的转动轴与放书板1的上边平行，而吸书管302下端垂直于放书板1上并穿过放书板1与吸气泵303连通，吸书管302上端折叠弯曲导管上端固定在转盘304曲型表面上。转盘304转动时，吸书管302上部的弯折部分随着转盘304转动，最大转动角度为90°，而吸书管302的初始位置可根据实际情况进行调节，通过松紧转盘304上的固定螺栓即可达到调节的效果。所以在对于不同厚度书籍时，可调整吸书管302的初始位置从而适应不同的厚度，而吸书管舵机301的转动角度恒定不变。翻书装置4包括固定在放书板1上的翻书舵机401和与翻书舵机401传动连接且平行于放书板1的翻书杆402。

挡板2外侧设有一个超声波测距传感器5，放书板1底部设有分别与超声波测距传感器5、吸书管舵机301、吸气泵303和翻书舵机401单独连接的处理器。所述处理器为Arduino Mega2560，所述的Arduino Mega2560单片机时具有54路数字输入/输出口，其中16路可作为PWM输出，而所述的舵机装置有三根线，一根为VCC电源线，一根是地线，而剩余一根为PWN信号接收线，将翻书舵机401、吸书管舵机301的PWN线连接在Arduino Mega2560单片机上，通过单片机来进行控制。设定当超声波测距传感器5在15cm的检测范围内检测到有障碍物阻挡时，也就是超声波测距传感器5检测到的障碍物距离值小于15cm时，单片机将距离值与存储在内部的预设值进行调用对比并进行反馈。首先控制吸书管舵机301和吸气泵303同时启动，吸书管舵机301以1.5rad/s向右侧的书页表面移动，并在转动1.2s后停止，吸书管舵机301停机0.5s后再次启动，还是以1.5rad/s转动到初始位置便停止。停止的同时启动翻书舵机401控制翻书杆402以3.5rad/s顺时针转动1.5s后停止，停止后0.5s以同样的角速度逆时针转回初始位置，完成整个翻书过程。

本实施例中的改进点在于结构和运转步骤，而如何按照需求设定单片机程序是本领域技术人员常用的技术手段，其原理是利用Arduino Mega2560内的定时器寄存器进行时序控制，是现有技术，故在此不再赘述。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上，进一步地限定，所述放书板1上与吸书装置3所在侧边相邻的两条侧边上对称设有一组与处理器连接的压书舵机6，所述压书舵机6上设有用来压紧书页的压书弹簧杆7。所述的压书舵机6、翻书舵机401和吸书管舵机301均为同一型号的舵机，都与处理器形成一个单独的控制电路。以压书弹簧杆7贴合在放书板1表面为初始状态，压书舵机6转动最大角度为120°，转动速度为2rad/s，转动时长为1s。将书放置在放书板1上时，可通过扳动压书弹簧杆7将书放在压书弹簧杆7下部。在处理器接收到超声波测距传感器5的反馈信号后，便控制压书舵机6、吸气泵303和吸书管舵机301同时工作，压书弹簧杆7便向上转动，从而释放被压紧的书籍。当压书弹簧杆7转动到竖直状态或者与放书板1夹角为钝角时便停止转动，待到处理器控制翻书杆402完成翻书过程后，处理器再控制压书弹簧杆7反向转动并恢复初始状态，以夹紧被翻动的书页。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例3：

本实施例是在上述实施例的基础上，进一步地限定，如图2和图3所示，所述放书板1上以翻书装置4为中心点对称设置有两个吸书装置3，所述挡板2上左右两侧各设置一个超声波测距传感器5。现在在原有基础上进行优化，在翻书装置4两侧对称设置有两个吸书装置3和两个超声波测距传感器5，从而能够从两个方向进行翻书作业。两侧的超声波测距传感器5不会互相干扰，设置在一侧的超声波测距传感器5与设置在同侧的吸书装置3相对应，而一般书籍的翻动顺序都是从右向左翻动书页，所以当书籍放置在放书板1上时，触发右侧的超声波测距传感器5，处理器便会控制右侧的吸书装置3进行工作，将书籍从前向后翻动，以符合正常的读书习惯。而触发左侧的超声波测距传感器5，则会控制右侧的吸书装置3进行工作，将书籍从后向前翻动，为使用者提供更多的便利。所述的翻书杆402的初始位置均平行于书籍的上边沿，而且指向书籍的右侧，触发右侧的超声波测距传感器5即如上述步骤进行，但触发左侧的超声波测距传感器5时，当左侧的吸书装置3将书页提起时，翻书杆402还处在初始位置，因为需要将书页从左向右翻动，所以处理器会发出指令使得翻书舵机401控制翻书杆402逆时针转动360°恢复到初始位置便停止，从而将书页从左向右翻动。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例4：

本实施例是在上述实施例的基础上，进一步地限定，所述放书板1两侧边均设有一个多连杆升降架8。所述的多连杆升降架8结构是多个条状且两端据设有通孔的转杆依次连接组合而成的，转杆与转杆之间通过在单侧通孔内插入的转轴进行活动连接。所述转杆为3根，分别为第一转杆、第二转杆和第三转杆。平行固定在放书板1两侧的为第一转杆，第一转杆一端的通孔内插有第一转轴，所述第二转杆的一端嵌套在第一转轴的外侧，而第二转杆的另一端通孔内设有第二转轴，第三转杆一端嵌套在第二转轴的外侧，使得整个多连杆升降架8在折叠状态时能够折叠到最小体积，而张开时侧面为Z字形结构。通过多连杆升降架8能够调整放书板1的位置，提高整个装置的便捷性。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例5：

本实施例是在上述实施例的基础上，进一步地限定，所述翻书杆402为表面光滑的圆柱形结构。所述的圆柱形结构能够防止在与书页接触时因接触面过小损坏书页的问题发生。而所述放书板1中部设有垂直于挡板2用来固定书脊的通槽。通槽不仅能够用来固定整本书籍，而且使得翻书更加容易。进一步地，所述吸书管302开口处边沿上设有六个通风槽。当书页被吸附在吸书管302管口时，还能够通过通风槽进风，避免吸气泵303荷载过大造成电机损坏，而且通风槽上的空气速度较快，空气压强减小，使得书页表面能够更好的贴合整个吸书管302管口。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种利用超声波控制的全自动翻书机，包括放书板（1），所述放书板（1）上设有垂直于放书板（1）的挡板（2），其特征在于：放书板（1）上一矩形区域的侧边上设有吸书装置（3），所述吸书装置（3）所在侧边的中心位置设有翻书装置（4），所述挡板（2）设置在靠近书籍下部的放书板侧边上；

吸书装置（3）：包括带有转盘（304）的吸书管舵机（301）和一端开口弯折朝向放书板（1）的吸书管（302），所述吸书管（302）另一端与设置在放书板（1）底部的吸气泵（303）连通，吸书管（302）中部设有套接在转盘（304）曲面上的折叠弯曲导管；

翻书装置（4）：包括固定在放书板（1）上的翻书舵机（401）和与翻书舵机（401）传动连接且平行于放书板（1）的翻书杆（402）；

所述挡板（2）外侧设有超声波测距传感器（5），放书板（1）底部设有分别与超声波测距传感器（5）、吸书管舵机（301）、吸气泵（303）和翻书舵机（401）单独连接的处理器。

2.根据权利要求1所述的一种利用超声波控制的全自动翻书机，其特征在于：所述放书板（1）上与吸书装置（3）所在侧边相邻的两条对边上对称设有一组与处理器连接的压书舵机（6），所述压书舵机（6）上设有用来压紧书页的压书弹簧杆（7）。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用超声波控制的全自动翻书机，其特征在于：所述放书板（1）上以翻书装置（4）为中心点对称设置有两个吸书装置（3），所述挡板（2）上设有两个超声波测距传感器（5）。

4.根据权利要求1或2所述的一种利用超声波控制的全自动翻书机，其特征在于：所述放书板（1）为矩形结构，放书板（1）两侧边均设有一个多连杆升降架（8）。

5.根据权利要求1或2所述的一种利用超声波控制的全自动翻书机，其特征在于：所述翻书杆（402）为表面光滑的圆柱形结构。

6.根据权利要求1或2所述的一种利用超声波控制的全自动翻书机，其特征在于：所述放书板（1）中部设有垂直于挡板（2）用来固定书脊的通槽。

7.根据权利要求1或2所述的一种利用超声波控制的全自动翻书机，其特征在于：所述吸书管（302）开口处边沿上设有两个或两个以上的通风槽。