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基于Android手機端控制全自動十字繡花機

袁成路,黃自鑫,王 攀

（武漢紡織大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院，湖北武漢,430000）

0　引言

針對目前人們對十字繡的熱衷程度和完成的效率較低的現(xiàn)狀，如果能夠?qū)⑹掷C產(chǎn)品機械化生產(chǎn)，并且將十字繡機器家庭化、普通化，使十字繡機器成為一種便攜小巧的家用電器，將會有廣闊的應(yīng)用前景。 由于十字繡采用十字交叉針法為主，是一種典型的雙面繡制方法。即用專用的繡線和十字格布，利用經(jīng)緯交織的搭十字的方法，對照專用的坐標(biāo)圖案進(jìn)行刺繡。所以將十字繡產(chǎn)品進(jìn)行機械化生產(chǎn)一直是國內(nèi)外研究的難點。 由于十字繡本身繡制方法的限制，十字繡機械不能采用傳統(tǒng)的縫紉機械的方法來完成作品的繡制。因此想要將十字繡產(chǎn)品機械化生產(chǎn)必須要突破傳統(tǒng)繡花機的設(shè)計思路。

1　方案設(shè)計

全自動十字繡花機主要兩大設(shè)計難點在于它的“繡針夾送機構(gòu)”和“繡線收容機構(gòu)”；針對這兩大難點，我們分別設(shè)計的方案如下：繡針?biāo)瓦M(jìn)裝置采用“齒輪齒條機構(gòu)”，繡針夾緊裝置采用“自動鉛筆式結(jié)構(gòu)”。繡線張緊力由一個拉線鉤提供，拉線鉤通過導(dǎo)槽限制Y、Z方向的位移，拉線鉤通過連接片固定在同步帶上，從而可以在X方向上往復(fù)運動，進(jìn)行拉線。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)非常簡單，運動平穩(wěn)，易于控制；夾針裝置小巧，夾緊力牢靠，不需要額外的電機來提供動力。缺點：由于嚙合間隙，有一定的回程差。

2　機械結(jié)構(gòu)及原理設(shè)計

2.1整體裝配圖

全自動十字繡花機采用十字交叉針法進(jìn)行雙面繡制，是一臺全自動繡花機器。繡花素材可以來源于收集的圖片，也可以自主設(shè)計圖案。全自動十字繡花機機械結(jié)構(gòu)主要分為四大部分：布框運動機構(gòu)、繡針夾送機構(gòu)、繡線收容機構(gòu)、機架。整個機器的運動由六臺步進(jìn)電機完成。

2.2布框運動機構(gòu)

布框運動機構(gòu)即機器的X方向運動和Y方向運動。撐布框通過滑塊固定在Y方向一條滑軌上，整個Y方向部分又通過滑塊固定在X方向的兩條滑軌上。X、Y方向的運動由同步帶來執(zhí)行，同步帶固在滑定塊上，通過帶動滑塊在滑軌上移動實現(xiàn)布框在X、Y方向上的運動和定位。

2.3繡針夾送機構(gòu)

繡針夾送機構(gòu)可分為兩個部分：繡針?biāo)瓦M(jìn)裝置、繡針夾緊裝置 。繡針?biāo)瓦M(jìn)裝置采用齒輪齒條機構(gòu)。電機、齒輪、齒輪軸一起裝配在一個鈑金加工的組裝箱上，齒輪通過螺栓固定在電機軸上，齒輪軸由組裝箱上的兩個銅套限位，齒輪和齒輪軸的嚙合深度可通過改變電機的橫向裝配位置來調(diào)節(jié)。

2.4繡針夾緊裝置

繡針夾緊裝置采用自動鉛筆式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由四部分組成：可自動張開的三角銅芯；銅芯收緊圈；彈簧和彈簧壓緊頭。彈簧壓緊頭上端連接齒輪軸，銅芯收緊圈外套一個鋁材套圈，鋁材套圈在此起三個作用：（1）銅芯收緊圈為塑料制品，鋁材套圈可以增加它的耐磨度；（2）鋁材套圈和組裝箱下端銅套之間易于配合，可以準(zhǔn)確地繡針導(dǎo)向；（3）三角銅芯要靠上端彈簧壓緊頭將之推出銅芯收緊圈才能張開，當(dāng)齒輪軸給彈簧壓緊頭壓力時，要靠鋁材套圈給相反的壓力才能壓縮彈簧，使三角銅芯張開，從而松開和夾緊繡針。

2.5繡線收容機構(gòu)

繡線張緊力由一個拉線鉤提供，拉線鉤通過導(dǎo)槽限制Y、Z方向的位移，拉線鉤通過連接片固定在同步帶上，從而可以在X方向上往復(fù)運動，進(jìn)行拉線。整個繡線收容機構(gòu)的零件全部安裝在一塊彎折的鋼板上。由于拉線鉤結(jié)構(gòu)小巧，要求質(zhì)量輕、韌性好，所以采用三維打印加工。

拉線鉤分為三部分：固定塊、活動鉤、皮帶壓緊片。三個部件均為三維打印件，在繡線張緊力達(dá)到拉緊活動鉤彈簧的預(yù)緊力時，活動鉤轉(zhuǎn)過一定的角度，松開繡線。

繡花時，需要上下兩套繡針夾送機構(gòu)配合運動，才能實現(xiàn)繡針的交接。首先，繡針由下面的繡針夾緊裝置攜帶，從最低位置出發(fā)，同時上面的繡針夾緊裝置也在最低位置張開三角銅芯等待接針。在齒條軸的帶動下，鋁材套圈開始進(jìn)入銅套，并剛好被其擋住，此時下面的電機停頓0.1s，上面的電機在這0.1s內(nèi)上升并剛好夾緊繡針，然后下面的電機又開始上升直至三角銅芯被推出銅芯收緊圈，就停止等待上面的繡針夾緊裝置攜帶送回繡針。

3　控制系統(tǒng)

3.1控制要求

圖4-2　UI交互界面

全自動十字繡花機程序需控制6個步進(jìn)電機運動，其中X、Y方向兩個電機，控制程序需控制布框按照繡花圖案走線；Z方向兩個電機，控制程序需控制齒輪軸按照繡花的時序上下升降；X方向兩個拉線電機，控制程序需控制拉線鉤在走針間隙內(nèi)將繡線拉至繡布的另一側(cè)。

3.2系統(tǒng)簡述

用戶在android手機端可以控制任意一個電機的運行與停止，進(jìn)行基本動作的實驗，隨后便可以進(jìn)行程序第二個界面，實現(xiàn)選取存儲的圖片，通過藍(lán)牙傳輸給單片機，進(jìn)行全自動刺繡，便可得到精美的完整的十字繡了。此控制電路采用單片機進(jìn)行控制，主要實現(xiàn)兩個功能：藍(lán)牙串口收發(fā)數(shù)據(jù)、電機控制。

3.3控制策略

先進(jìn)行電機初始化，然后寫出電機的基本運行函數(shù)，如：

void X_Move(uint nStep,uint nDelay,uchar Move_ Dir)；//X移動

void Y_Move(uint nStep,uint nDelay,uchar Move_ Dir)；//Y移動

void Z_Move(uchar Motor_Select,uint nStep,uint nDelay,uchar Move_Dir)；//Z方向兩個電機

用以上三個函數(shù)，控制6個電機的運轉(zhuǎn)完成刺繡動作刺出選定的圖案。

3.4Android手機端手機控制

本手動控制系統(tǒng)利用藍(lán)牙串口主要實現(xiàn)兩個功能：電機基本動作檢測、圖片刺繡。其UI交互界面如下：

4　制造與調(diào)試

根據(jù)全自動十字繡花機強度要求和尺寸要求，繡花機整體框架選擇20mm鋁合金型材搭建，型材間固定由相應(yīng)角鋁連接，可以快速搭建出所需的框架。全自動十字繡花機所有鈑金零件全部先由激光切割成鈑金展開形狀，需要的孔和槽也一并加工，舍棄傳統(tǒng)手工鋸，剪板機，鉆床。使加工零件精度和效率更高。部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較小，強度要求不高的零件因為較難用機械加工完成，所以采用三維打印，一次性成型。

5　總結(jié)

該作品實現(xiàn)真正單線手工十字繡線跡的繡花機。創(chuàng)新設(shè)計出雙邊刺針機構(gòu)，模仿手工縫衣動作，雙頭繡花針帶著繡線能在上下兩個方向完全穿過繡布，形成手工線跡。機電結(jié)合解決了繡線機構(gòu)及時收放的難題。設(shè)計了電動儲線器和繡線張力傳感結(jié)構(gòu)，使繡布兩邊的繡線快速拉過。十字繡花機提供藍(lán)牙無線接口，用戶可以通過移動設(shè)備監(jiān)控機器的運行。

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袁成路（1989—），男，碩士，主研方向：工業(yè)機器人檢測技術(shù)

黃自鑫（1988—），男，碩士，主研方向：可穿戴設(shè)備檢測技術(shù)

王攀（1991—），男，碩士，主研方向：激光檢測技術(shù)

摘要：“十字繡”的藝術(shù)性和實用性而被廣泛應(yīng)用于各類裝飾，但是手工制作效率較低，市面上的電腦繡花機又無法實現(xiàn)十字繡所需的單線手工線跡。本設(shè)計的全自動十字繡花機采用機電結(jié)合控制雙頭針雙邊穿刺技術(shù)，在繡布上能形成單線手工線跡。十字繡花機提供藍(lán)牙無線接口，用戶可以通過Android手機端監(jiān)控機器的運行。布框移動機構(gòu)在微機控制下實現(xiàn)針眼的精確定位，形成刺繡花型。

關(guān)鍵詞：十字繡;雙邊刺針;機電結(jié)合;Android手機端

Controlled automatic stitch flower-based Android mobile client

Yuan Chengwei,Huang Zixin,Wang Pan

（Mechanical Engineering and Automation, Wuhan Textile University,Hubei,430000)

Abstract："Cross-stitch" artistry and practicality and is widely used in all kinds of decoration,but the manual production efficiency is low,the computer on market cross-stitch embroidery machine again not impossible to achieve the required single hand stitch.The design of automatic cross embroider machine adopts bilateral electromechanical combination control double needle puncture technique,can form a single hand stitch on embroidered cloth.Cross-stitch embroidery machine provide bluetooth wireless interface,the user can through the Android mobile terminal to monitor the running of the machine.

Keywords：Cross-stitch;bilateral prod;electromechanical combination;Android mobile terminal

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