教习头自动植发机结构和控制系统设计

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1、教习头自动植发机结构和控制系统设计　　摘要介绍了一种教习头自动植发机，对其头模运动装置的机械结构进行了设计。对自动植发机控制系统的硬件和软件进行了开发，给出了应用AVR单片机ATMEGA16控制自动植发机的原理图。关键词教习头；植发；单片机中图分类号：TS914文献标识码：A文章编号：1671-7597（2013）24-0021-02教习头是指用色发和胶头皮制成的供美容美发和教学用的模特教头，是一种理发美容培训教具，随着我国国内美容美发行业的发展，教习头作为一种美容美发培训机构进行理发美容培训的重要教具，需求量猛增，已经形成了一

2、个巨大的市场。1教习头的制作6教习头的制作过程如下：用橡胶做成人头形状的模型；处理头发，将头发染成各种需要的颜色；把处理好的头发插到橡胶模型上，俗称插假发、植发或插头；在橡胶模型内部填充泡沫，外表面化妆。其中第三步是最关键也是最复杂的一步，刚开始主要靠人手工处理，首先用小麦或大米把橡胶模型填充起来，为防止填充物漏出，用毛巾把脖子处塞住，然后放到腿上，一手拿头发，一手拿专用的针，一针一针把头发插入指定位置，直到把要求插头发的区域插完为止，插完后把填充物倒出。至此，教习头的制作完成。到目前为止，教习头已有近三十年的使用历史，而它的制

3、作工艺尤其是第三步，虽然有所改进但仍然主要靠手工完成，并且植发质量主要依赖于工人植发的熟练程度，生产效率低下，工人的劳动强度很大。市场的巨大需求与生产率的低下，迫切要求改变现在教习头的生产方式，发明一种能够自动完成教习头头模自动植发的机械，将工人从繁重的劳动中解放出来，提高植发速度和质量。2教习头自动植发机的结构教习头自动植发机机械本体由植发装置和头模运动装置两部分组成，本研究主要针对教习头自动植发机的头模运动装置进行设计，对植发装置在控制系统中进行统一控制。2.1植发装置介绍为了统一控制植发装置和头模运动装置以实现自动植发，植

4、发装置包括插发装置、送发装置、挑发装置、传动机构和支撑固定装置。植发装置的设计借助缝鞋机的工作原理，整个装置由一台电动机驱动，动力由链传动和带传动传给插发装置、送发装置和挑发装置，通过合理选择链轮和带轮的传动比，协调完成送发、插发和挑发动作。62.2头模运动装置的结构及运动分析头模运动装置由横向运动机构、升降机构、X轴旋转机构、Y轴旋转机构和顶部植发机构组成，其结构如图1所示。图1头模运动装置结构图由于插针在空间的位置固定，要完成头模需要植发部分的植发，就需要使头模在空间运动。头模需要进行的运动包括往复直线运动、升降运动、绕头模

5、轴线的旋转运动。升降机构、X轴旋转机构、Y轴旋转机构和顶部植发机构都安装在丝杠螺母上，由横向运动机构带动以此实现头模的往复式直线运动；X轴旋转机构、Y轴旋转机构和顶部植发机构安装在升降机构的升降台上，由升降机构带动实现头模的升降运动；Y轴旋转机构能绕Y轴旋转，实现头模后部与头模顶部的位置变换；X轴与头模轴线平行，X轴旋转机构能使头模绕头模轴线旋转，与横向运动机构结合实现头模后部的植发；顶部植发机构与横向运动机构结合完成头模顶部的植发。3控制系统的硬件设计3.1自动植发机植发过程教习头自动植发机的植发可分为头模运送、头模植发和头模

6、返回三个过程。植发装置只在头模植发过程中参与植发，而头模运动装置在三个过程中都参与工作。植发前，先要将头发装在发夹里，并将头模固定到头模固定6框里，然后才能开始植发。植发开始后，头模运动装置先将头模运送到指定的位置，然后开始植发过程，植发过程结束后，头模运动装置先将头模恢复到植发过程开始的位置，然后再进行运送过程的反方向运动，使植完发的头模返回到起始位置，等待工人取下并换上新的未植发头模进行新一轮植发。3.2硬件电路设计教习头自动植发机的控制系统由单片机控制器、按键输入、液晶显示器、电机控制、直流稳压电源等组成，图2为系统组成方

7、框图。图2控制系统方框图单片机控制器是整个系统的核心，选用ATMEL公司的ATmega16单片机。ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，最高工作频率可达16MHz，片内含有16K字节在线可编程（ISP）Flash程序存储器，2个8位定时器/计数器，1个16位定时器/计数器，8路10位ADC，看门狗定时器等。该单片机工作速度快，存储容量大，片上资源丰富，完全能满足本系统的要求。用四个独立式按键控制系统的启动、停止、电机加速和电机减速。液晶显示器采用12864液晶，用于显示系统运行的状态信息，如

8、当发夹中缺发时，显示“发夹缺发，请加发”。为了节省单片机的端口，采用串行控制方式与单片机通讯。6直流稳压电源的设计采用三端固定输出集成稳压器7805、7812、7824分别产生5V、12V、24V的直流电压，设计原理图如图3所示。在控制中用到的传感器有行程开关、