基于Android手机端控制全自动十字绣花机



基于Android手机端控制全自动十字绣花机

袁成路,黄自鑫,王 攀

（武汉纺织大学机械工程与自动化学院，湖北武汉,430000）

0　引言

针对目前人们对十字绣的热衷程度和完成的效率较低的现状，如果能够将十字绣产品机械化生产，并且将十字绣机器家庭化、普通化，使十字绣机器成为一种便携小巧的家用电器，将会有广阔的应用前景。 由于十字绣采用十字交叉针法为主，是一种典型的双面绣制方法。即用专用的绣线和十字格布，利用经纬交织的搭十字的方法，对照专用的坐标图案进行刺绣。所以将十字绣产品进行机械化生产一直是国内外研究的难点。 由于十字绣本身绣制方法的限制，十字绣机械不能采用传统的缝纫机械的方法来完成作品的绣制。因此想要将十字绣产品机械化生产必须要突破传统绣花机的设计思路。

1　方案设计

全自动十字绣花机主要两大设计难点在于它的“绣针夹送机构”和“绣线收容机构”；针对这两大难点，我们分别设计的方案如下：绣针送进装置采用“齿轮齿条机构”，绣针夹紧装置采用“自动铅笔式结构”。绣线张紧力由一个拉线钩提供，拉线钩通过导槽限制Y、Z方向的位移，拉线钩通过连接片固定在同步带上，从而可以在X方向上往复运动，进行拉线。优点：结构非常简单，运动平稳，易于控制；夹针装置小巧，夹紧力牢靠，不需要额外的电机来提供动力。缺点：由于啮合间隙，有一定的回程差。

2　机械结构及原理设计

2.1整体装配图

全自动十字绣花机采用十字交叉针法进行双面绣制，是一台全自动绣花机器。绣花素材可以来源于收集的图片，也可以自主设计图案。全自动十字绣花机机械结构主要分为四大部分：布框运动机构、绣针夹送机构、绣线收容机构、机架。整个机器的运动由六台步进电机完成。

2.2布框运动机构

布框运动机构即机器的X方向运动和Y方向运动。撑布框通过滑块固定在Y方向一条滑轨上，整个Y方向部分又通过滑块固定在X方向的两条滑轨上。X、Y方向的运动由同步带来执行，同步带固在滑定块上，通过带动滑块在滑轨上移动实现布框在X、Y方向上的运动和定位。

2.3绣针夹送机构

绣针夹送机构可分为两个部分：绣针送进装置、绣针夹紧装置 。绣针送进装置采用齿轮齿条机构。电机、齿轮、齿轮轴一起装配在一个钣金加工的组装箱上，齿轮通过螺栓固定在电机轴上，齿轮轴由组装箱上的两个铜套限位，齿轮和齿轮轴的啮合深度可通过改变电机的横向装配位置来调节。

2.4绣针夹紧装置

绣针夹紧装置采用自动铅笔式结构。该结构由四部分组成：可自动张开的三角铜芯；铜芯收紧圈；弹簧和弹簧压紧头。弹簧压紧头上端连接齿轮轴，铜芯收紧圈外套一个铝材套圈，铝材套圈在此起三个作用：（1）铜芯收紧圈为塑料制品，铝材套圈可以增加它的耐磨度；（2）铝材套圈和组装箱下端铜套之间易于配合，可以准确地绣针导向；（3）三角铜芯要靠上端弹簧压紧头将之推出铜芯收紧圈才能张开，当齿轮轴给弹簧压紧头压力时，要靠铝材套圈给相反的压力才能压缩弹簧，使三角铜芯张开，从而松开和夹紧绣针。

2.5绣线收容机构

绣线张紧力由一个拉线钩提供，拉线钩通过导槽限制Y、Z方向的位移，拉线钩通过连接片固定在同步带上，从而可以在X方向上往复运动，进行拉线。整个绣线收容机构的零件全部安装在一块弯折的钢板上。由于拉线钩结构小巧，要求质量轻、韧性好，所以采用三维打印加工。

拉线钩分为三部分：固定块、活动钩、皮带压紧片。三个部件均为三维打印件，在绣线张紧力达到拉紧活动钩弹簧的预紧力时，活动钩转过一定的角度，松开绣线。

绣花时，需要上下两套绣针夹送机构配合运动，才能实现绣针的交接。首先，绣针由下面的绣针夹紧装置携带，从最低位置出发，同时上面的绣针夹紧装置也在最低位置张开三角铜芯等待接针。在齿条轴的带动下，铝材套圈开始进入铜套，并刚好被其挡住，此时下面的电机停顿0.1s，上面的电机在这0.1s内上升并刚好夹紧绣针，然后下面的电机又开始上升直至三角铜芯被推出铜芯收紧圈，就停止等待上面的绣针夹紧装置携带送回绣针。

3　控制系统

3.1控制要求

图4-2　UI交互界面

全自动十字绣花机程序需控制6个步进电机运动，其中X、Y方向两个电机，控制程序需控制布框按照绣花图案走线；Z方向两个电机，控制程序需控制齿轮轴按照绣花的时序上下升降；X方向两个拉线电机，控制程序需控制拉线钩在走针间隙内将绣线拉至绣布的另一侧。

3.2系统简述

用户在android手机端可以控制任意一个电机的运行与停止，进行基本动作的实验，随后便可以进行程序第二个界面，实现选取存储的图片，通过蓝牙传输给单片机，进行全自动刺绣，便可得到精美的完整的十字绣了。此控制电路采用单片机进行控制，主要实现两个功能：蓝牙串口收发数据、电机控制。

3.3控制策略

先进行电机初始化，然后写出电机的基本运行函数，如：

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

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

void Z_Move(uchar Motor_Select,uint nStep,uint nDelay,uchar Move_Dir)；//Z方向两个电机

用以上三个函数，控制6个电机的运转完成刺绣动作刺出选定的图案。

3.4Android手机端手机控制

本手动控制系统利用蓝牙串口主要实现两个功能：电机基本动作检测、图片刺绣。其UI交互界面如下：

4　制造与调试

根据全自动十字绣花机强度要求和尺寸要求，绣花机整体框架选择20mm铝合金型材搭建，型材间固定由相应角铝连接，可以快速搭建出所需的框架。全自动十字绣花机所有钣金零件全部先由激光切割成钣金展开形状，需要的孔和槽也一并加工，舍弃传统手工锯，剪板机，钻床。使加工零件精度和效率更高。部分结构复杂，尺寸较小，强度要求不高的零件因为较难用机械加工完成，所以采用三维打印，一次性成型。

5　总结

该作品实现真正单线手工十字绣线迹的绣花机。创新设计出双边刺针机构，模仿手工缝衣动作，双头绣花针带着绣线能在上下两个方向完全穿过绣布，形成手工线迹。机电结合解决了绣线机构及时收放的难题。设计了电动储线器和绣线张力传感结构，使绣布两边的绣线快速拉过。十字绣花机提供蓝牙无线接口，用户可以通过移动设备监控机器的运行。

参考文献

[1] 胡乾斌，李光斌.单片微型计算机原理与应用[M].华中科技大学出版社.

[2] 许建萍.十字绣技法与应用[J].学术论坛，2011，(14)：224-225.

[3] 詹成果，朱伟，徐敏.基于Android的测控装置人机界面的设计与开发[J].电力自动化设备，2012，(32)：119-122.

[4] 郭文川，周超超.基于Android手机的植物叶片面积快速无损测量系统[J].农业机械学报，2014，(45)：275-280.

袁成路（1989—），男，硕士，主研方向：工业机器人检测技术

黄自鑫（1988—），男，硕士，主研方向：可穿戴设备检测技术

王攀（1991—），男，硕士，主研方向：激光检测技术

摘要：“十字绣”的艺术性和实用性而被广泛应用于各类装饰，但是手工制作效率较低，市面上的电脑绣花机又无法实现十字绣所需的单线手工线迹。本设计的全自动十字绣花机采用机电结合控制双头针双边穿刺技术，在绣布上能形成单线手工线迹。十字绣花机提供蓝牙无线接口，用户可以通过Android手机端监控机器的运行。布框移动机构在微机控制下实现针眼的精确定位，形成刺绣花型。

关键词：十字绣;双边刺针;机电结合;Android手机端

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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