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2系统结构设计

2.1 设计要求
此次设计的盖章设备，体积小巧，便于放置，外观优美，采用的是垂直下压结构，设备支持的最大印章质量为50g。设备现在支持两种纸张规格，分别为A3纸，规格为297420mm；A4纸，规格为210297mm，每种纸张对应不同的实验板。为了满足印章能够进行垂直升降，设备采用了滑块，以及光轴。为了确保最终盖章的效果，保证清晰度，设备采用的弹性印垫。设备支持两种形状的印章，包括长方形，以及圆形。针对印章的夹具，采用的是圆形内孔夹具。
2.2 盖章机升降台的设计
2.2.1 印章升降台的设计方法
在设计设备升降台的过程中，主要依据是章的体积，以及章的大小。设计本设备采用的章的直径为40mm，高为60mm，形状为圆柱形。要想得到清晰的章印，就必须设备拥有一定的压力。在设计过程中，为了获得足够大的压力设计了升降台，不仅能够实现印章的升降，还能够获得足够的压力。采用人工盖章时，如果需要完成大量的盖章任务，就必然会出现搓章的情况，会出现搓章的主要原因在于印章的方向，在盖章过程中，如果印章能够始终保持垂直精度，那么就不会出现搓章，如果印章出现左右摆动，那么就会出现搓章。如今，多数盖章机采用的凸轮连杆机来完成升降功能，但是，在印章升降过程中，印章会出现明显的左右摆动，从而导致搓章情况的发生。为了解决这一问题，提高章印的最终效果，笔者设计的设备采用了同步带轮转动技术，这种技术不仅能够更好地完成升降任务，还更加的经济实惠。这种技术的主要依靠的是电机的转动。
2.2.2 印章升降台各部件的具体外观尺寸设计
在设计出的自动盖章设备中，印章升降台的主要结构包括光轴，还有印章连杆，还有印章连接座，还有轴承支座，以及轴承滑块等。
（1）轴承支座具体外观尺寸设计
本次设计采用的印章直径为4cm，为了更好地实现印章的升降功能，对轴承支座大小进行了多次设计实验，最终选用标准为8cm*6cm。下图主要是支座平面的俯视截图，主要含有四根光轴，每根光轴之间的孔径间距为6cm，轴承支座固定于光轴的两侧，从而保证光轴的稳定性。设计出的盖章机设备成品中，共包含4个轴承支座。根据平台的设计方案，以及光轴的间距，从而确定轴承支座的大小，以及其外观，如图2-1：

（2）滑动轴承滑块具体外观尺寸设计
在设计滑块尺寸时，主要依据连接金属板的形状来确定。滑块位于滑动轴的连接处，因此，不可避免会产生摩擦力，为了减小摩擦，提高设备运行的精度，设备采用了滚动摩擦轴。在安装同步带的过程中，存在安装困难，以及不稳定的缺点，因此，在设计时，设计了三个小方孔，大小、形状都不相同。在轴承筒内，安装的是滚子轴承，不仅能够减小摩擦力，还能够确保印章的垂直升降。在设计时，选择使用两个滑块，其大小

（3）光轴具体外观尺寸设计
在本次设计过程中，处于外观、外修尺寸的协调，印章、底板之间的间距设定为35cm。为保证印章自由升降，光轴间距设定为50cm，在本次设计过程中，需要用刀4根光轴，其结构和尺寸如图2-3：

（a） 模型图

（b） 设计尺寸示意图
图2-3 光轴示意图

b）设计尺寸示意图
图2-4 印章连接支座示意图

3控制系统

控制系统的主要作用是完成对设备的控制和管理。其主要构件包括有跳线帽，还有4988ET驱动，还有Ramps1.4控制板，以及Arduino单片等。
3.1 单片机
单片机是控制系统中最重要的构建，它不仅能够调节步进电机，实现调整转动速度，还有启调整动顺序，以及改变转动方向等，还是控制系统的基础。因此，要想拥有一个高效的控制系统，就必须筛选出合适的单片机。

3.1.1 单片机简介
单片机有许多别称，包括像微型计算机，以及微型控制器等。在20世纪70年代，诞生了世界上第一台单片机。经过这些年的不断发展，单片机的形式越来越多样，不在仅限于原来的裸机结构，发展出了可以嵌入设备的单片机，它的优点包括有速度快，还有性能高，还有能耗低，以及结构简单等。
在单片机的发展进程中，出现了多种类型，包括有PIC，还有STC，还有ATMEL，以及EMC等。单片机的应用广泛，像工业管理，还有汽车电子，还有网络设备，以及加点管理等都可以看到它的身影。目前，如果工业产品的管理已经离不开单片机了，像智能家电产品，以及智能汽车等。单片机主要用于这些产品的供电，其允许usb供电，具有低能耗的优点。
综合设计成本，以及性能的需求考虑，最终选用Arduino Mega 2560 R3单片机。将其用于控制系统的核心组件，其外观、结构如图3-1，其内部结构如图3-2：
单片机在连接步进电机的过程中，为了便于操作，需要用到单片机扩展板，这里选用了扩展板Ramps1.4。起主要优势在于：
扩展板Ramps1.4的主要作用如下：单片机内部拥有集成Reprap电路，在RAMPS的作用下，将其与Arduino MEGA平台相连，从而使设备拥有大的扩展空间。除了能够连接步进电机，RAMPS还拥有许多不同的接口，适用于多种电路。其外观、大小如图3-3，内部电路结构如图3-4：
Arduino的扩展板（Ramps1.4）最主要特点在于：
第一：开放式的模块化设计。因为系统具有开放性，因此根据用户的需求，可以使用硬件资源，用户可以自由搭配，系统不会做出任何限制。在这个过程中，增加了笔者对于硬件的知识积累。
第二：优秀的电路配备。其包含了多种电路类型，拥有单片机的各种功能，因此，在设备设计过程中，不需要任何其他零部件。
在单片机控制步进电机时，要想启动Arduino Mega2560 R3，以及Ramps1.4叠加板，就需要需要驱动器。在本次设计方案中，选择4988ET驱动设备，其主要特点在于：
A4988设备能完全胜任驱动器的功能，同时，其内部还有一个转换器。该设备的的操作方法简单，当使用此设备时，可以控制步进电机的下列模式，包括有全步进模式,还有半步进模式,还有1/4步进模式,还有八分步进模式,以及1/16步进模式。设备拥有强大的驱动能力，数值为35 V和±2 A。A4988的构件电流调节器，用于固定关断时间，当设备处于混合衰减模式时，可以完成操作，其外观结构如图3-5：
A4988最大特点在于：
第一：操作简单。向设备输入相应的脉冲信号，就能完成步进电机的驱动，产生微动。设备不存在复杂的操作流程，也不存在高频控制线；
第二：设备可以用于复杂的处理器；
第三：设备具有斩波控制技术，因此，能够自动确定电流衰减模式；
第四：设备具有混合衰减模式，能够精准控制电流，因此，能够减少电机工作过程中产生的噪音，提高电机工作的精度，减少设备工作的能耗。
3.1.2 Arduino单片机编程软件
Arduino是本次设计采用的单片机编程软件，通过对比不同软件的操作性，发现其操作简单，操作性最好。同时，其结构与Basic Stamp相近，在编程过程中使用的语言结构简单。这款软件以C语言为基础，但是，其应用范围却远比C需要广，它主要用在语句，以及组合式函数中。在大学的求学期间，笔者对于编程知识的学习少，对于机械设备的编程，接触学习的机会就更少了。接触这次设计的机会，学习了编程语言，掌握了机械编程知识。就Arduino软件来说，它主要有两种编程方式，操作页面如图3-6所述，直接编译式如图3-6，其按钮拖动式如图3-7：
对于那些不了解编程的研究者，联系先学习编程知识。

4 结论

4.1 全文总结
这次设计出的自动盖章机具有下列优点，包括有盖章效率高，以及能够实现全方面的盖章需求。在这次设计过程中，结合了机械设计知识，以及计算机技术知识，是一次多学科合作的结果。因此，可以认为多种学科的结合将会创造出更多有意义的产品。本次研究的的主要结论和成果在于：
第一，研究了盖章机的结构，独立实现了设计盖章机；
第二，编写了相关的系统程序，并对其进行了调试；
第三，设计出了自动盖章机的零部件，并完成了装配任务。
4.2 创新点
本次设计的主要创新之处在于：
第一：升降台设计。选用垂直升降台，不仅提高了印章的升降速度，还缩短了印章的升降距离。
第二：步进电机的使用。选择步进电机作为动力装置，不仅简化了升降结构，还提升了设备的科学性。
第三：同步带轮的应用。选用同步带轮具有多种优点，包括有减振性能好，还有缓冲性好，还有传动过程平稳，还有设备维护简单，以及不需要润滑保护。这些优点提高了自动盖章机的使用寿命，为它的稳定运行打下了坚实的基础。

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