摘要：该设计是基于红外触控、机械臂、3D打印技术、激光刻字刻画等技术的手机美容机器。本文首先针对了我国贴膜机器的发展现状，针对现有手机手工贴膜存在的缺陷，进行了机械臂自动控制手机贴膜机的系统设计，解决了传统手工贴膜速度慢、膜内灰尘、气泡多的缺点，接着就对该产品进行各个结构的分析，以及其功能。该设计首先通过红外触控显示屏方便定制，并在贴膜时进行准确的定位，然后通过机械臂进行全自动贴膜 ，利用高速气流除尘，清除贴膜时气泡的障碍。针对每个人的不同需求自主制作手机壳，利用激光刻字刻画技术定制个性化手机壳，然后再利用3D打印技术打印出私人订制的手机壳。实现了本设计是贴膜与制作手机壳于一体的新型手机美容机器。
关键词：红外触控；机械臂；3D打印；激光刻字刻画
中图分类号：TH122 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）12-0228-04
Personalized 3D Beauty Machine for Mobile Phone
CHEN Su-qun， ZHAO Xi， LI Jia-chang
（College of Energy and Electromechanical Engineering， Hunan University of Humanities and Science，Loudi 417000， China）
Abstract： The design is based on infrared touch， mechanical arm， 3D printing technology， laser lettering and other technologies mobile phone beauty machine. This article first addresses the sticker machine in our country development present situation， in view of the existing mobile phone manual lamination defects， the automatic control system of mobile phone sticker machine mechanical arm design， solve the traditional manual slow film， film in the dust， the shortcomings of bubbles， and then to the various structure analysis， and its function. The design is first convenient to customize through the infrared touch screen， and accurate positioning in the film， and then through the mechanical arm for automatic film， the use of high-speed airflow dust removal， clear bubble obstacles in the film. According to the different needs of each person， we can independently make mobile phone shell， customize the personalized mobile phone shell with laser engraving technology， and then use 3D printing technology to print the customized mobile phone shell. Realized the design is laminating and making mobile phone shell in one of the new mobile phone beauty machine.
Key words： infrared touch； mechanical arm；3D printing； laser lettering
1 前言
随着时代的发展，手机成了我们每个人必不可少的东西，手机贴膜与手机壳自然而然就被大众所需要了。但是我们发现，传统的人工手机贴膜有很多的不便之处，无论是从速度还是效率方面来看结果都不理想，这时候手机贴膜机器的优势更为突出，而自动贴膜技术在我国并不常见，无论是自动贴膜还是个性化都属于有待进一步发展的阶段。
在王大鹏等人设计的万能手机屏幕自动贴膜机中，他们基于运动学和动力学采用吸盘装置进行固定，通过连杆机构实现揭膜贴膜过程，整个过程是在机器的辅助下完成，大大降低了手工贴膜的烦琐程度，但是他们设计的除尘部分采用的是除尘胶带粘走，既操作不便且有可能会出现除尘不彻底的情况，而在本设计中利用了高速气流除尘，更加简便且除尘更加彻底；在唐叶等人设计的微型贴膜器中，采用的是十字叉为基准定位，固定手机膜的位置，调节手机屏幕的位置实现手机膜和手机屏幕精准贴合，并且利用气压泵提供足够强大的气流对手机屏幕进行除尘，解决了贴膜过程中气泡产生的问题，在本设计中利用红外线定位，更精准，使得贴膜准确率更高。
本设计是一种最新的手机美容工具，它能满足广大消费者对个性化的需求，而且相对于传统的人工手机贴膜具有时代性的进步，不仅坚固耐用，其稳定性更好。手機个性化3D美容机的出现推动了手机美容行业的快速发展，不仅操作简便，其效率更高，传统的手工贴膜耗时耗力耗财，降低了企业的效益，而且贴膜的质量不是很好，影响了消费者的心情。手机个性化3D美容机的一经推出必定供不应求，该机设计精巧，提高生产效率，较少了劳动力，降低了厂家的生产成本，况且国内外目前没有集手机美化、手机贴膜、3D打印手机壳于一体的机器，此产品支持任何手机，没有型号限制，可以和新机同步上市，在线DIY设计平台，可加文字或签名，个性十足，其发展前景非常之广阔。
2 手机个性化3D美容机设计
2.1 硬件设计
2.1.1红外线触摸屏
目前，一个红外触摸系统主要是由红外光发射电路和红外信号接收电路组成。该设计根据控制的需要选择FPGA控制芯片，红外触摸的硬件部分主要包括红外发射电路、红外接收电路、模拟信号的转换等模块组成。
（1） 对于红外光发射电路，由于红外触摸屏上的红外二极管同时发光，会相互干扰，所以红外发射电路主要实现功能就是让红外二极管依次发光。当信号输出引脚输出高电平时，Q2截止，不管38K载波信号如何控制Q1，右侧的竖向支路都不会导通，红外管L1不会发送任何信息。当信号输出时低电平的时候，38K载波就会通过Q1释放出来，在L1上产生38K载波。
（2）对于红外接收电路而言，要求其与红外接收电路的时序一致。这一部分的主要目的是为了将光信号转换成电信号。
接收端首先对信号通过监测、放大、滤波、解调等一系列电路处理，然后输出基带信号。由于红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头供电引脚上必须加上滤波电容，并要求在供电引脚和电源之间串联电阻，进一步降低干扰。
2.1.2 激光刻字刻画定制
（1）CO2激光器的工作原理
CO2激光长为1066nm，由激光发生器生成高能量的连续激光光束，当激光作用于某种材料上时，处于基态的原子跃迁到高能量状态，然而处于高能量状态的院子是不稳定的，会很快回到基态，当原子返回基态时会以光子或量子释放出额外的能量，并由光能转化为热能，使材料表面瞬间融化，从而形成图画文字。根据分子震动理论，CO2分子的震动方式有三种根据分子振动理论， CO2分子的震动模型如图4所示：
这三种震动方式决定了CO2的不同能级状态。CO2激光器的气流主要由CO2和N2组成，氮气主要是起能量传递的作用。
CO2激光器的激发条件：在激光器的放电管中输入直流电流之后，放电管放电时，其中的混合气体由于受到电流中的电子的强烈撞击而被激发。在这个时候，受到激发的混合气体相互碰撞，N2分子把自身的能量传递给了CO2分子，CO2分子从而从低能量级跃迁到高能量级，从而释放额外的能量发出激光。
（2）3D打印技术
3D打印是快速成型技术的一种，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合的材料通过逐层打印来构造物体。其总体过程可分为以下几个步骤：通过计算机建模软件建模、生成三维文件、读取文件信息、粘合各层截面、打印实体。而3D打印的制作过程又分为两部分，一是在需成型的区域涂上一层胶水，二是撒上一层均匀的粉末。
2.1.3 机械臂
本设计机械臂部分由动力型旋转关节和前、下两臂组成，以臂部各相邻部件的相对角位移为运动坐标。相对来说，所占空间较小，工作范围大。机械臂是技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机器装置，不存在手抖等导致膜没贴好，浪费膜的行为，可以节约成本和原材料，响应国家节能减排的号召。
上图中，关节虚位移为εqi，末端操作器的虚位移为εX，则
εX=[d ε]T
式中：d=[dx dy dz]T，ε=[εφx εφy εφz]T分别对应于末端操作器的线虚位移和角虚位移。
Εq=[εq1 εq2 … εqn]T
式中：εq为各关节虚位移εqi组成的机器人关节虚位移矢量。
2.1.4 除尘
贴膜是最让人头疼的问题就是气泡，而产生气泡的原因无非就是灰尘没有除干净，传统手工贴膜采用的是胶带粘走，而该设计配备的是气吹除尘功能，利用高速气流将掉落在屏幕上的灰尘快速清理干净，从而顺利贴膜。该部分的使用的是空气放大器，其工作原理是利用少量的压缩空气可输出大量高速的气流。当压缩空气通过空气放大器的环形缝后，向左侧喷出，然后再根据科恩达效应以及空气放大器这特殊的几何形状，右侧的环境空气可被吸入最终与开始的压缩空气一并从空气放大器的在左侧吹出。
理
2.2 软件实现
现在红外触摸屏功能技术已经运用的比较成熟，其原理大部分学者都已熟知，在某一时刻对触摸屏进行触摸时，用户可以得到两种信息，其通过光电二极管传给控制器的电信号和物理层上二极管对的序号。通过这两种信号来实现触摸位置的确定。当有手指触摸时，成对的二极管之间存在一定的影响。触摸时，接收端的信号会发生变化，反映的也就是其触摸位置的变化，通过一定的算法最终来确定触摸的位置。
3 产品功能
3.1 个性贴膜
1）客户在手机美化软件上自主选择设备、型号及所需设计，然后预览效果，再确认。
2）手机美化软件：此软件包含千万张图片，分为体育、艺术、风景、明星、动物等多类，并定期更新最近流行的照片，图片也可自定义，而且，此软件具备了美化图片，抠图等图像处理功能。
3）贴膜材料：采用美国3M材料，轻便超薄，防水能力强。
3.2 手机彩壳
1）客户在手机美化软件上自主选择设备、型号及所需设计，然后预览效果，再确认.
2）利用光固化技术的3D打印，融入个性。
3）材料选取：虽然市面上能接触到的3D打印机多为使用塑料进行打印，但其实强度不是很靠谱的，如果能使用pla（无污染、无危害性）进行实心打印，其强度完全可以完成日常需要的防摔仿震功能，就不需要在设计手机壳的时候加入保护要素。
4 结论
技术是产品的核心，国内外目前没有集手机美化、手机贴膜、3D打印手机壳于一体的机器，而手机个性化3D美容机所需要的技术在当前市场上基本上运用得已经比较成熟，相信不久后该产品就能被引出了，而产品一经整合出，必定能满足广大消费者对手机个性化的需求。
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【通联编辑：梁书】