楊繼沖 范文毅 汪鴻銘 余正發(fā) 段 越

（安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 安徽·淮南 232001）

0 引言

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微處理電子技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化正日益融入人們的生活，產(chǎn)品智能化程度越來(lái)越高。由于人們生活水平和居住條件不斷的提升和改善，對(duì)生活質(zhì)量和幸福水平提出了更高的要求。在日常生活中，人們經(jīng)常需要對(duì)衣服的進(jìn)行折疊、熨燙和收納，過(guò)程繁瑣，消耗時(shí)間和精力，于是出現(xiàn)了一些智能衣柜產(chǎn)品。但是，目前的一些產(chǎn)品存在功能單一，處理能力小，智能化程度低的問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種折疊、熨燙和存取功能一體化的智能衣柜。

1 總體設(shè)計(jì)

智能衣柜主要由六部分組成，包括遷移機(jī)構(gòu)、熨燙機(jī)構(gòu)、折疊機(jī)構(gòu)、取衣?lián)螜C(jī)構(gòu)、滑道機(jī)構(gòu)和存儲(chǔ)裝置，如圖1所示。

衣柜整體分為三個(gè)區(qū)域：掛衣區(qū)、熨燙折疊區(qū)和衣服存取區(qū)，如圖1所示。首先在掛衣區(qū)內(nèi)將衣服掛在衣?lián)紊?，通過(guò)皮帶輪和相關(guān)機(jī)構(gòu)被送到熨燙折疊區(qū)。熨燙機(jī)收到信號(hào)后，由機(jī)械臂帶動(dòng)對(duì)衣服進(jìn)行蒸汽熨燙。衣服熨燙完之后，通過(guò)控制雙軸電機(jī)和折衣板機(jī)構(gòu)進(jìn)行折疊。折疊完之后，通過(guò)滑道滑到衣鏟上。最后，通過(guò)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)將衣服放到衣架上存儲(chǔ)起來(lái)。衣服存取區(qū)上方有風(fēng)扇用來(lái)通風(fēng)防止潮濕發(fā)霉。當(dāng)取衣服時(shí)，通過(guò)主控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂，并結(jié)合語(yǔ)音控制和顏色識(shí)別等技術(shù)取走所需衣服。

圖1：裝置總體結(jié)構(gòu)圖

2 組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 遷移機(jī)構(gòu)

遷移機(jī)構(gòu)如圖2所示。步進(jìn)電機(jī)和U型連接件固定在鋁型材框架上并安裝有皮帶輪。掛鉤分布在皮帶上，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪和皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，牽引掛鉤向前運(yùn)動(dòng)。限位裝置保證每次僅有一個(gè)掛鉤通過(guò)限位仿齒輪。

圖2：遷移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.2 熨燙機(jī)構(gòu)

熨燙機(jī)構(gòu)如圖3所示。此單元設(shè)計(jì)采用了云臺(tái)和機(jī)械臂，通過(guò)控制其中的舵機(jī)實(shí)現(xiàn)掛燙機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)。熨燙時(shí)，主控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)360°云臺(tái)和機(jī)械臂一號(hào)使熨燙機(jī)從初始位置運(yùn)動(dòng)到衣服面前，然后繼續(xù)控制機(jī)械臂一號(hào)使熨燙機(jī)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并規(guī)定其運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)行次數(shù)。

圖3：熨燙衣服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.3 折疊機(jī)構(gòu)

折疊機(jī)構(gòu)如圖4所示。線位移裝置安裝在熨燙折疊區(qū)最上部，其兩端軸槽處連接尼龍繩，電機(jī)驅(qū)動(dòng)尼龍繩收縮和伸長(zhǎng)。尼龍繩共設(shè)4根，前側(cè)2根尼龍繩的另一端穿過(guò)主板前側(cè)通孔并固定在主木板上，后側(cè)2根尼龍繩的另一端連接在板邊角件上。板邊角件一側(cè)固定在主木板后側(cè)，另一側(cè)卡在鋁型材框架卡槽里，左右對(duì)稱安裝。主板上固定有折衣板，用于折疊衣服。當(dāng)熨燙完成時(shí)，線位移裝置開(kāi)始收縮尼龍繩，前側(cè)尼龍繩和后側(cè)尼龍繩收縮長(zhǎng)度不一致，使折衣板向前傾斜一定角度。皮帶帶動(dòng)衣服向前運(yùn)動(dòng)，使衣服慢慢貼于折衣板。當(dāng)衣?lián)蔚竭_(dá)機(jī)械臂二號(hào)位置時(shí)，由機(jī)械爪進(jìn)行衣?lián)问蘸喜⒚撾x衣服，之后線位移裝置伸長(zhǎng)尼龍繩，將折衣板平置于初始位置。當(dāng)衣服平置后，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)搖桿控制折衣側(cè)板和折衣上板翻折，實(shí)現(xiàn)衣服的折疊。

圖4：折疊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.4 取衣?lián)螜C(jī)構(gòu)

取衣?lián)螜C(jī)構(gòu)如圖5所示。在衣服平置于折衣板過(guò)程中，衣?lián)问蘸团c衣服脫離。之后皮帶帶動(dòng)衣鉤繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，而衣?lián)伪粰C(jī)械爪抓住不動(dòng)，則衣?lián)螐囊裸^上脫離。此后機(jī)械臂二號(hào)帶動(dòng)衣?lián)无D(zhuǎn)動(dòng)90°，將衣?lián)畏诺揭聯(lián)螚U上，實(shí)現(xiàn)衣?lián)蔚氖栈亍?/p>

圖5：取衣?lián)螜C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.5 滑道機(jī)構(gòu)

滑道機(jī)構(gòu)如圖1所示，主要由滑輪組和支架構(gòu)成。衣服疊完之后，折衣板傾斜一定角度，衣服在重力作用下從折衣板經(jīng)滑道落在衣鏟上，等待存儲(chǔ)。

2.6 存儲(chǔ)裝置

存儲(chǔ)裝置機(jī)構(gòu)如圖6所示。當(dāng)衣服滑到衣鏟后，主控系統(tǒng)控制機(jī)械臂三號(hào)帶動(dòng)衣鏟向上運(yùn)動(dòng)，將衣服放置到梳齒的衣架上。通風(fēng)裝置用來(lái)加強(qiáng)空氣流通，防止衣服發(fā)霉。

圖6：存儲(chǔ)裝置設(shè)計(jì)圖

3 主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本衣柜具有語(yǔ)音交互和顏色識(shí)別的功能，控制系統(tǒng)包括stm32f103VET6主板一塊，LD3320A語(yǔ)音識(shí)別模塊一塊，顏色傳感器一件，32路舵機(jī)控制器一塊，OLED顯示屏一塊和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器五件。開(kāi)啟設(shè)備只需說(shuō)“小衣，啟動(dòng)設(shè)備”；取衣服只需說(shuō)“拿取藍(lán)色衣服”，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的熨折存取一體化智能衣柜，結(jié)構(gòu)合理，自動(dòng)化程度高，機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)性好，人機(jī)交互性強(qiáng)。通過(guò)皮帶遷移，仿齒輪限位，多自由度機(jī)械臂，柔性機(jī)構(gòu)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，顏色識(shí)別和語(yǔ)音控制等功能單元的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了衣服自動(dòng)熨燙、折疊和存取。此裝置不僅適用于家庭，也適用服裝店個(gè)體單位和大型衣服生產(chǎn)企業(yè)廠家，發(fā)展?jié)摿Υ?，?yīng)用前景非常廣闊。