阅读说明：本技术 一种自动绕线装置 (Automatic winding device ) 是由 余为伟 郭亮波 王国维 于 2019-12-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及自动化领域,公开了一种自动绕线装置,包括收线组件、绕线组件、制动组件、裁线组件和主控制器,收线组件包括转盘和一组收线管,一组收线管沿转盘的外圈均匀布置；绕线组件的位置与收线组件相对应,用于将细线按照设定的圈数缠绕在收线管上；制动组件位于绕线组件一侧,用于对绕线组件进行制动；裁线组件用于将相邻的收线管之间的细线裁断,包括电热丝和支架；主控制器用于对收线组件、绕线组件、制动组件和裁线组件进行统一控制,本发明的自动绕线装置代替了现有的手动绕线,利用转盘旋转使多个绕线管交替进行绕线,同时避免反复固定线头,减少了人工成本,提高绕线效率。(The invention relates to the field of automation and discloses an automatic winding device which comprises a winding-up component, a braking component, a wire cutting component and a main controller, wherein the winding-up component comprises a turntable and a group of wire collecting pipes, and the group of wire collecting pipes are uniformly arranged along the outer ring of the turntable; the position of the winding component corresponds to that of the wire collecting component and is used for winding the thin wire on the wire collecting pipe according to the set number of turns; the braking assembly is positioned on one side of the winding assembly and is used for braking the winding assembly; the wire cutting assembly is used for cutting a thin wire between adjacent wire take-up pipes and comprises an electric heating wire and a bracket; the automatic winding device replaces the existing manual winding, utilizes the rotation of the turntable to lead the plurality of winding tubes to alternately wind, avoids repeatedly fixing the wire ends, reduces the labor cost and improves the winding efficiency.)

一种自动绕线装置

技术领域

本发明涉及自动化领域，具体涉及一种自动绕线装置。

背景技术

目前，市场上大多数的细线产品均是绕卷成卷筒状进行批发和零售，随着科技制作在教育中的兴起，无论是学生上课用的批量化科技制作材料包，还是学生自己DIY，对各种散装细线产品(长度为1～3 米)的需求量很大。

厂家在生产细线时，如果使用原有的生产设备将细线封装成小袋的散装细线产品，必然带来产能的下降，而且生产成本高，所以对于小袋封装的散装细线通常是商家进一步对卷筒状的细线进行裁剪。常见的方式主要还是通过人工进行绕线裁剪，而且由于细绳很软，很难按导线方法进行绕线和剪断，效率非常低。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对上述散装细线产品在绕线裁剪时存在的问题，为了减少人工成本，增加效率，本发明提供了一种自动绕线装置。

为解决上述技术问题，本发明提出一种自动绕线装置，包括：

收线组件，其包括第一立板、减速电机、转盘和一组收线管，所述减速电机固定在第一立板上，其输出轴穿过第一立板与转盘同轴装配在一起，所述一组收线管沿转盘的外圈均匀布置，所述转盘外缘上、位于相邻两个收线管的中间均设有第一“U”型缺口，所述第一立板上设有与第一“U”型缺口对应的第一红外对射传感器；

绕线组件，其位置与收线组件相对应，用于将细线按照设定的圈数缠绕在收线管上，包括第二立板、绕线驱动电机、驱动齿轮、一对从动齿轮、连杆和导线管，所述第二立板与第一立板平行对立且正对着转盘，所述绕线驱动电机固定在第二立板上背对第一立板的一侧，其输出轴穿过第二立板与驱动齿轮同轴装配在一起，所述从动齿轮分别位于驱动齿轮的上下两侧且与驱动齿轮相咬合，所述连杆竖直装配在一对从动齿轮上，所述连杆底部设有制动杆，所述导线管朝收线组件的方向水平设置在连杆的顶部，所述第二立板上、与绕线驱动电机同侧设有与其中一个从动齿轮同轴装配的计数盘，所述计数盘上设有第二“U”型缺口，所述第二立板上设有与第二“U”型缺口对应的第二红外对射传感器；

制动组件，其位于绕线组件一侧且与连杆底部的制动杆相对应，用于对绕线组件进行制动，包括第三立板、舵机和“L”型制动挡板，所述舵机固定在第三立板上远离绕线组件的一侧，其输出轴穿过第三立板与摇臂装配在一起，所述“L”型制动挡板位于摇臂一侧且“L”型制动挡板的长臂顶端通过转轴装配在第三立板上，所述摇臂的端部抵在“L”型制动挡板的长臂上，所述“L”型制动挡板的短臂朝向绕线组件的方向且与制动杆相对应，所述第三立板上、位于“L”型制动挡板的长臂靠近绕线组件的一侧设有固定销，所述固定销与“L”型制动挡板之间设有弹簧，通过弹簧和摇臂的共同作用，使“L”型制动挡板的长臂的初始位置位于竖直方向上；

裁线组件，其用于将相邻的收线管之间的细线裁断，包括电热丝和支架，所述电热丝通过支架固定于任意一组相邻的收线管之间的位置；

主控制器，其用于对收线组件、绕线组件、制动组件和裁线组件进行统一控制，其分别与减速电机、第一红外对射传感器、绕线驱动电机、第二红外对射传感器、舵机和电热丝电连接。

进一步地，所述主控制器包括主控板、绕线继电器模块、收线继电器模块和裁线继电器模块；

所述主控板的四脚与裁线继电器模块的IN脚连接、十脚与收线继电器模块的IN脚连接、十一脚与绕线继电器模块的IN脚连接、七脚与舵机连接、五脚与第一红外对射传感器的OUT脚连接、六脚与第二红外对射传感器的OUT脚连接、三脚通过开关S1接GND；

所述裁线继电器模块的NO脚与电热丝的第一端连接、COM脚与 12V直流电源连接，所述电热丝的第二端接GND；

所述收线继电器模块的COM脚与减速电机的第一端连接、NO脚与12V直流电源连接、NC脚与减速电机的第二端连接并且接GND；

所述绕线继电器模块的NO脚与绕线驱动电机连接、COM脚与12V 直流电源连接。

进一步地，所述电热丝第一端还可以通过一个手动加热开关S2直接与12V直流电源连接，所述手动加热开关S2固定在第二立板上。

进一步地，还包括用于显示工作参数的液晶显示屏，所述主控板的SDA脚与SCL脚形成一个IC接口与液晶显示屏连接。

进一步地，所述V直流电源通过电源适配器提供。

进一步地，所述第二立板上远离收线组件一侧还设有与导线管对应的导线环。

进一步地，所述绕线组件还包括一对传动转盘，所述传动转盘分别同轴装配在从动齿轮远离第二立板的一侧，所述连杆竖直装配在一对传动转盘上，所述传动转盘上设有固定连杆的定位销。

进一步地，所述“L”型制动挡板可以替换为“C”型制动挡板，所述“C”型制动挡板的开口方向朝向绕线组件且开口端的底部与制动杆相对应。

进一步地，所述收线管的数量为2～4个。

进一步地，所述收线组件、绕线组件、制动组件、裁线组件和主控制器分别设置于同一个底板上，所述底板的底部均匀设有若干带锁紧功能的万向轮。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、通过绕线驱动电机带动驱动齿轮，从而带动两个从动齿轮同向转动，固定于从动齿轮上的连杆带动导线管围绕与导线管位置对应的收线管做圆周运动，从而将穿过导线管的细线缠绕在收线管上，缠绕到设定的圈数后，通过启动减速电机来带动转盘转动，从而将下一个收线管调整到绕线的位置进行收线，其中一组相邻的饶有细线的导线管之间的细线会搭在电阻丝上，接通电阻丝即可将细线裁断，本发明代替了现有的手动绕线，利用转盘旋转使多个绕线管交替进行绕线，同时避免反复固定线头，减少了人工成本，提高绕线效率；

2、利用电热丝裁线，速度快，绳头还不会毛边，效果好，同时设置有手动加热开关S2，在电热丝因特殊情况没将细绳剪断时，可操作手动加热开关S2进行补剪。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的正视立体图，

图2为图1的正视图，

图3是在图1的基础上，移除了绕线组件2、刹车组件3和裁线组件4后，收线组件1的结构示意图，

图4为本发明实施例的侧视立体图，

图5是在图4的基础上，移除了收线组件1、刹车组件3和裁线组件4后，绕线组件2结构示意图，

图6是在图5的基础上，移除了连杆25、导线管26和传动转盘 29后的结构示意图，重点展示了驱动齿轮23和一对从动齿轮24的装配关系，

图7为本发明实施例的后视立体图，

图8是在图7的基础上，移除了绕线组件2和裁线组件4后的一种立体图，

图9为图8中Ⅰ的局部放大图，重点展示了制动杆251和“L”型制动挡板34位置关系，

图10为本发明实施例的控制电路原理图，

附图标记如下：

收线组件1，第一立板11，减速电机12，转盘13，第一“U”型缺口131，收线管14，第一红外对射传感器15，绕线组件2，第二立板21，绕线驱动电机22，驱动齿轮23，从动齿轮24，连杆25制动杆251，导线管26，计数盘27，第二“U”型缺口271，第二红外对射传感器28，传动转盘29，定位销291，制动组件3，第三立板31，舵机32，摇臂33，“L”型制动挡板34，固定销35，弹簧36，裁线组件4，电热丝41，支架42，主控制器5，液晶显示屏6，导线环7，底板100。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是直接相连，也可以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发明中的具体含义。

请参照图1至图10，本发明提供一种自动绕线装置，包括收线组件1、绕线组件2、制动组件3、裁线组件4和主控制器5；

如图2和图3，收线组件1包括第一立板11、减速电机12、转盘 13和一组收线管14，减速电机12固定在第一立板11上，其输出轴穿过第一立板11与转盘13同轴装配在一起，收线管14沿转盘13 的外圈均匀布置，转盘13外缘上、位于相邻两个收线管14的中间均设有第一“U”型缺口131，第一立板11上设有与第一“U”型缺口 131对应的第一红外对射传感器15，收线管14的数量为2～4个，本实施例的收线管14数量优选2个，对应的第一“U”型缺口131的数量也为2个，一个收线管14完成绕线后，在减速电机12的作用下，带动转盘13转动，从而调整另一个收线管14的位置至收线的位置进行收线，将第一红外对射传感器15设置于转盘13最底部，第一红外对射传感器15包括发射端和接收端，转盘13的外边刚好位于第一红外对射传感器15的发射端和接收端之间；

如图1、图2、图5和图6，绕线组件2的位置与收线组件1相对应，用于将细线按照设定的圈数缠绕在收线管14上，包括第二立板 21、绕线驱动电机22、驱动齿轮23、一对从动齿轮24、连杆25和导线管26，第二立板21与第一立板11平行对立且正对着转盘13，绕线驱动电机22固定在第二立板21上背对第一立板11的一侧，其输出轴穿过第二立板21与驱动齿轮23同轴装配在一起，从动齿轮 24分别位于驱动齿轮23的上下两侧且与驱动齿轮23相咬合，两个从动齿轮24的中心轴位于同一个竖直面上，连杆25竖直装配在一对从动齿轮24上，连杆25底部设有制动杆251，导线管26朝收线组件1的方向水平设置在连杆25的顶部，第二立板21上、与绕线驱动电机22同侧设有与其中一个从动齿轮24同轴装配的计数盘27，计数盘27上设有第二“U”型缺口271，第二立板21上设有与第二“U”型缺口271对应的第二红外对射传感器28，计数盘27的外边刚好位于第二红外对射传感器28的发射端和接收端之间，计数盘27伴随从动齿轮24转动，当计数盘27旋转一圈，第二“U”型缺口271经过第二红外对射传感器28一次，主控制器5接收到第二红外对射传感器28的信号记为计数盘27旋转的圈数；

直接将连杆25装配从动齿轮24上，需要充分考虑驱动齿轮23、从动齿轮24和收线管14的直径和齿数比，而且两个从动齿轮24之间、驱动齿轮23所占用的空间不能够有效利用，因此在本实施例中，为了降低齿轮的装配要求，优选在从动齿轮24上同轴装配一个直径较大的传动转盘29，传动转盘29位于从动齿轮24远离第二立板21 的一侧，此时，连杆25竖直装配在上下两个传动转盘29上，可以有效利用空间，同时传动转盘29上设有用于固定连杆25的定位销291。

为了满足不同之间收线管14的绕线需求，可以将定位销291设为沿传动转盘29的径向位置可调，具体可以是沿传动转盘29的径向设置多个档位，通过锁紧螺栓来锁紧定位销291即可，同时位于连杆 25顶部的导线管26也设置为高度可调。

如图8和图9，制动组件3位于绕线组件2一侧且与连杆25底部的制动杆251相对应，用于对绕线组件2进行制动，包括第三立板 31、舵机32、摇臂33和“L”型制动挡板34，舵机32固定在第三立板31上远离绕线组件2的一侧，其输出轴穿过第三立板31与摇臂 33装配在一起，“L”型制动挡板34位于摇臂33一侧且“L”型制动挡板34的长臂顶端通过转轴装配在第三立板31上，摇臂33的端部抵在“L”型制动挡板34的长臂上，“L”型制动挡板34的短臂朝向绕线组件2的方向且与制动杆251相对应，具体为“L”型制动挡板 34位于初始位置时，当上述的传动转盘29带动连杆25转动至离第三立板31最近的位置时，制动杆251刚好被“L”型制动挡板34的短臂挡住，使得传动转盘29无法继续转动。

第三立板31上、位于“L”型制动挡板34的长臂靠近绕线组件2 的一侧设有固定销35，固定销35与“L”型制动挡板34之间设有弹簧36，通过弹簧36和摇臂33的共同作用，使“L”型制动挡板34 的长臂的初始位置位于竖直方向上，当舵机32启动，带动摇臂33朝“L”型制动挡板34的方向转动，使的摇臂33的端部将“L”型制动挡板34顶起来，从而使“L”型制动挡板34的短臂偏离一定的角度并与制动杆251脱离开，需要制动时，将舵机32复位，“L”型制动挡板34在弹簧36的作用下，迅速回复到初始位置，此时若连杆25 转动至离第三立板31最近的位置时，制动杆251再次被“L”型制动挡板34的短臂挡住。

其中，上述的“L”型制动挡板34也可以替换为“C”型制动挡板，“C”型制动挡板的开口方向朝向绕线组件2且开口端的底部与制动杆251相对应。

需要说明的是，上述的收线管14所处的收线位置时，收线管14 的中心轴与两个从动齿轮24的中心轴均位于同一个竖直平面上，使得导线管26可以在从动齿轮24以及连杆25的带动下，绕收线管14 作圆周运动，实现将细线绕在位于收线位置的收线管14上。

如图2，裁线组件4用于将相邻的收线管14之间的细线裁断，包括电热丝41和支架42，电热丝41通过支架42固定于任意一组相邻的收线管14之间的位置，相邻两个绕有细线的收线管14之间的细线，在转盘13转动调整收线管14的位置时，会搭在电热丝41上，通过加热电热丝41即可快速将细线裁断。

主控制器5用于对收线组件1、绕线组件2、制动组件3和裁线组件4进行统一控制，其分别与减速电机12、第一红外对射传感器15、绕线驱动电机22、第二红外对射传感器28、舵机32和电热丝41电连接。

如图10，主控制器5包括主控板、绕线继电器模块、收线继电器模块和裁线继电器模块，其中主控板采用Arduino UNO主控板，该主控板是基于ATmega328P的Arduino开发板，ATmega328P芯片设置在该Arduino开发板上。

Arduino UNO主控板有14个数字输入/输出引脚(其中6个可用于 PWM输出)、6个模拟输入引脚，一个16MHz的晶振荡器，一个USB 接口，一个DC接口，一个ICSP接口，一个复位按钮，通过把它连接到计算机的USB接口，或者使用AC-DC适配器，再或者用电池来驱动它，需要说明的是，本发明所涉及的控制程序为常规的现有技术，不多作说明。

主控板的四脚与裁线继电器模块的IN脚连接、十脚与收线继电器模块的IN脚连接、十一脚与绕线继电器模块的IN脚连接、七脚与舵机32连接、五脚与第一红外对射传感器15的OUT脚连接、六脚与第二红外对射传感器28的OUT脚连接、三脚通过开关S1接GND；

裁线继电器模块的NO脚与电热丝41的第一端连接、COM脚与 12V直流电源连接，电热丝41的第二端接GND；

收线继电器模块的COM脚与减速电机12的第一端连接、NO脚与12V直流电源连接、NC脚与减速电机12的第二端连接并且接GND，利用收线继电器模块使减速电机12断电，同时电机线圈短路使得电机快速停止，减速电机12断电后，电机转子做惯性旋转，形成转子旋转磁场，并切割线圈，从而在线圈中产生感应电动势。感应电动势既不产生电流，也不产生制动力矩。如果在电机断电的同时将电机线圈短路，在线圈中就会有感应电流。该电流与旋转磁场相互作用，产生制动转矩，迫使转子停转。这样可以解决减速电机12停止时由于转盘13的惯性，导致收线管14定位不准确的问题；

绕线继电器模块的NO脚与绕线驱动电机22连接、COM脚与12V 直流电源连接；

电热丝41的第一端还可以通过一个手动加热开关S2直接与12V 直流电源连接，手动加热开关S2固定在第二立板21上，当裁线继电器模块出现故障时，可以通过操作手动加热开关S2加热电热丝41进行裁线，裁线除了利用电热丝41快速裁线以外，还可通过刀片，剪刀等方式以手工裁线。

需要说明的是，收线继电器模块和绕线继电器模块不适合调速，所以需要对减速电机12和绕线驱动电机22进行PWM调速时，可以采用MOS管驱动电路来代替继电器模块。

上述的12V直流电源通过电源适配器来提供。

为了实时掌握整个装置运行状态，还可以设置一个用来显示工作参数的液晶显示屏6，主控板的SDA脚与SCL脚形成一个I2C接口与液晶显示屏6连接。

如图1和图4，绕线时，为了使得走线能够稳定，在第二立板21 上远离收线组件1的一侧还设有与导线管26对应的导线环7，导线环7通过一个支架固定住。

为了增加装置的灵活性，将收线组件1、绕线组件2、制动组件3、裁线组件4和主控制器5分别设置于同一个底板100上，同时底板 100的底部均匀设有若干带锁紧功能的万向轮。

工作原理：

首先，装置通电，系统进行自检，主控制器5控制收线组件1、绕线组件2和制动组件3分别复位，此时，“L”型制动挡板34将连杆25挡住，空的收线管14位于绕线位置上，导线管26位于上述空的收线管14一侧，通过主控制器5设置线长即单个收线管14上绕线的圈数。将待绕的细线依次穿过导线环7和导线管26并将线头固定在位于绕线位置上的收线管14上。

开启舵机32使摇臂33将“L”型制动挡板34顶起来，从而使“L”型制动挡板34偏离一定的角度，使得“L”型制动挡板34与制动杆 251互不干涉，然后启动绕线驱动电机22，使得驱动齿轮23带动从动齿轮24，两个从动齿轮24同向转动，从而在连杆25的作用下带动导线管26绕着位于绕线位置的收线管14作圆周运动，实现将细线绕在该收线管14上，当绕线的圈数达到预设圈数时，绕线驱动电机 22在绕线继电器模块的作用下断电停机，同时舵机32关闭复位，“L”型制动挡板34将制动杆251挡住，防止收线管14继续转动。

开启减速电机12，通过转盘13转动来调整下一个收线管14的位置至绕线位置，在调整收线管14的位置时，转盘13转动会将细线搭在下一个收线管14上，然后按照上述的绕线操作，即可把细线绕在又一个收线管14上，两个收线管14进行交替时，不需要再次固定线头，就可以进行下一次的绕线操作，由此也可以得出，转盘13上的多个收线管14进行轮换绕线时，不需要反复固定线头，提高了绕线效率。

在多个收线管14进行轮换时，相邻两个绕有细线的收线管14之间的细线，会搭在电热丝41上，通过加热电热丝41即可快速将细线裁断，然后将两端细线都裁断的收线管14绕的细线取下，装入小袋中，利用电热丝41来将细线裁断，速度快，效率高，同时线头也不会有毛边，效果好。

上述的减速电机12、绕线驱动电机22和舵机32都是通过主控制器5来控制，需要说明的是，主控制器5的主控板内设的、用来控制本发明的绕线装置的控制程序属于常见的现有技术，主控板将整个装置的相关工作参数通过液晶显示屏6显示给操作人员。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。