雍志成 賀毅 王麗垚 李磊 胡藝馨

[摘 ? ?要]隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)逐漸進(jìn)入人們的視野，結(jié)合當(dāng)今科技的發(fā)展趨勢(shì)，小巧型的多功能家具是小戶(hù)型業(yè)主的最佳選擇，將“物聯(lián)”技術(shù)應(yīng)用于家具開(kāi)發(fā)，打造多功能、可折疊的智能家具成了解決這類(lèi)問(wèn)題的一個(gè)有效方案。首先分析了升降折疊桌的發(fā)展趨勢(shì)，綜合考慮了當(dāng)前市場(chǎng)需求、用戶(hù)類(lèi)型和使用場(chǎng)地等各方面因素。然后，對(duì)自動(dòng)升降折疊桌的控制系統(tǒng)的功能需求及控制要求進(jìn)行分析，完成了自動(dòng)升降折疊桌的總體設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，對(duì)該智能桌的主要?jiǎng)?chuàng)新機(jī)構(gòu)進(jìn)行介紹說(shuō)明。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的多功能升降折疊桌為緩解用戶(hù)住房空間緊張的問(wèn)題起到了積極作用，可滿(mǎn)足用戶(hù)的較高生活體驗(yàn)需求，具有一定的實(shí)用性和現(xiàn)實(shí)意義。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng);多功能;可折疊;小戶(hù)型;智能家具

[中圖分類(lèi)號(hào)]V22 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）03–00–03

Design and Manufacture of Deformable Lifting Table Based on Voice Control

Yong Zhi-cheng，He Yi，Wang Li-yao，Li Lei，Hu Yi-xin

[Abstract]With the rapid development of economy， the Internet of Things has gradually come into people's version. In the context of the present era， the small and multi-functional furniture become the best choice for small apartment owners， we apply the technology of "Internet of Things" into furniture’ design， creating a multi-functional， foldable and intelligent furniture to solve such problems. Firstly we analyzes the development trend of the foldable and automatic rising-lowering table， considering important factors such as the current market needs， customer type and using space . Then， we analyze the functional requirements and control requirements of the control system of the automatic rising-lowering folding table. At the same time， the main innovative mechanism of the intelligent table is introduced. The multi-functional lifting folding table designed in this paper plays a positive role in alleviating the problem of housing space tension， and meet the needs of users for higher life experience， which has certain practicability and practical significance.

[Keywords]internet of things; multifunctional; foldable; mini apartment; intelligent furniture

隨著，第四次工業(yè)革命的來(lái)臨，人們對(duì)于體驗(yàn)高新技術(shù)的渴望正在日益增強(qiáng)。而多功能智能家具正好迎合了人們?cè)诩揖哳I(lǐng)域?qū)τ诳萍嫉淖非?。因此，桌子這樣傳統(tǒng)家居的智能化，給了多功能、可升降折疊的桌子很大的市場(chǎng)空間。所以，希望開(kāi)發(fā)出一種綠色節(jié)能安全的升降式多功能可變形智能桌，努力用創(chuàng)新來(lái)降低成本，最大程度地利用智能桌提高對(duì)空間的有效使用率以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足人們對(duì)高品質(zhì)生活水平的追求。

1 可變形桌子國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外工業(yè)化和城市化起步比我國(guó)早而且發(fā)展程度也高，但導(dǎo)致了許多發(fā)達(dá)國(guó)家城市空間狹小，這也使得其設(shè)計(jì)師要更多地關(guān)注那些能有效利用空間的升降伸縮式家具研究。

我國(guó)升降伸縮桌雖在前人基礎(chǔ)上不斷地繼承與發(fā)展，但是在設(shè)計(jì)創(chuàng)新和概念設(shè)計(jì)方面和國(guó)外還存在較大的差距，目前升降伸縮桌還相對(duì)單調(diào)，折疊形式缺乏新意。近些年來(lái)，不管是宏觀的社會(huì)環(huán)境還是微觀的家具從業(yè)人員對(duì)升降伸縮桌創(chuàng)新意識(shí)的淡漠，是造成目前國(guó)內(nèi)此類(lèi)桌子慘淡現(xiàn)狀的主要原因。如今小戶(hù)型的流行以及對(duì)于空間需求的增加，勢(shì)必會(huì)給我國(guó)今后升降伸縮桌的設(shè)計(jì)與發(fā)展帶來(lái)極大的影響。

2 智能桌的功能與要求指標(biāo)

2.1 安全系數(shù)要符合要求

多功能智能桌在使用時(shí)無(wú)論是收縮形態(tài)還是拓展形態(tài)都有多人聚集在旁邊，在一些特定的情況如展開(kāi)速度過(guò)快、角度過(guò)大等情況下，很容易使人受到傷害。所以，考慮到使用的場(chǎng)景和使用次數(shù)的特殊，安全性是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的最為重要的因素。

2.2 滿(mǎn)足使用者日常行為需求的功能性要求

多功能智能桌設(shè)計(jì)的目的是為了讓小戶(hù)型居民能充分利用客廳面積的同時(shí)享受智能化帶來(lái)的便捷。如：直接語(yǔ)言控制或利用手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制餐桌的形態(tài)，大幅降低人力消耗。

2.3 符合標(biāo)準(zhǔn)化要求

對(duì)于多功能智能桌的設(shè)計(jì)，在尺寸、結(jié)構(gòu)、外形設(shè)計(jì)和零件等方面的選擇，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中動(dòng)力來(lái)源的選擇及設(shè)計(jì)上，應(yīng)該遵循相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，參照對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在保障完整性、可靠性和安全性的前提下，盡可能提高經(jīng)濟(jì)性。

3 智能桌的工作原理

升降式多功能可變形智能桌的主要機(jī)構(gòu)分為運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括螺桿升降機(jī)構(gòu)、上層扇形桌面展開(kāi)機(jī)構(gòu)以及下層扇形桌面展開(kāi)升降機(jī)構(gòu)，且這三大機(jī)構(gòu)可分別獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，以分別實(shí)現(xiàn)上層扇形桌面的伸縮、下層扇形桌面的伸縮升降以及桌面高度的調(diào)節(jié)。動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)包括上部離合器和下部離合器，下部離合器用于選擇下部受驅(qū)動(dòng)對(duì)象（螺桿升降機(jī)構(gòu)或傳動(dòng)軸），上部離合器用于選擇上部受驅(qū)動(dòng)對(duì)象（上部扇形桌面展開(kāi)機(jī)構(gòu)或下部扇形桌面展開(kāi)升降機(jī)構(gòu)）。

3.1 螺桿升降機(jī)構(gòu)

螺紋升降機(jī)構(gòu)將齒輪傳動(dòng)與絲杠傳動(dòng)相結(jié)合，左端通過(guò)聯(lián)軸器將電機(jī)軸與絲杠一端直接連接，兩端通過(guò)安裝絲桿支撐座來(lái)固定絲杠，中間法蘭螺母與絲杠螺紋配合，法蘭螺母與螺母座固定，由電機(jī)直接傳動(dòng)絲杠帶動(dòng)法蘭螺母，來(lái)實(shí)現(xiàn)升降所需要的直線運(yùn)動(dòng)。

其中，中間為一級(jí)齒輪傳動(dòng)，該輪系中有1個(gè)較大的中心原動(dòng)輪和2個(gè)較小的對(duì)角的從動(dòng)輪組成，傳動(dòng)比為3∶4，中心齒輪受驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)對(duì)角小齒輪實(shí)現(xiàn)加速效果，并進(jìn)行功率分流。2個(gè)對(duì)角齒輪分別與2個(gè)法蘭螺母固定，2根絲杠與上層的桌面固定。當(dāng)中心齒輪受驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)對(duì)角齒輪時(shí)，對(duì)角齒輪與法蘭螺母同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)絲杠執(zhí)行上下直線運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)桌面高度的調(diào)節(jié)。

3.2 上層扇形桌面展開(kāi)機(jī)構(gòu)

智能桌主動(dòng)力源只有1個(gè)，在1個(gè)動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)，且存在主桌面與拓展桌面高度不一的問(wèn)題，該智能桌采用空間凸輪與連桿機(jī)構(gòu)對(duì)其加以解決。

空間凸輪、連桿與上部旋轉(zhuǎn)板固定，固定在頂層桌面下的滑動(dòng)支柱在空間凸輪上滑動(dòng)，單向轉(zhuǎn)動(dòng)便可以使上層扇形桌面展開(kāi)并與頂層桌面對(duì)齊，反向轉(zhuǎn)動(dòng)便可恢復(fù)初始狀態(tài)，如圖1所示。

3.3 下層桌面展開(kāi)機(jī)構(gòu)

如圖2和圖3所示，下層扇形桌面展開(kāi)機(jī)構(gòu)主要由圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)組成，其中旋轉(zhuǎn)板通過(guò)螺栓與旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)固定。

金屬桿與旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)通過(guò)M8的螺紋配合，金屬桿穿過(guò)旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)一側(cè)與圓柱凸輪的槽配合，即下層與扇形桌面一同升降的部件都由金屬桿支撐，并隨金屬桿在圓柱凸輪上升槽滑動(dòng)時(shí)升降。

金屬桿卡在套在圓柱凸輪外面的圓柱套筒卡槽里，圓柱套筒的凸邊與小齒輪配合，即小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使下層扇形桌面伸縮。

動(dòng)力由圓柱凸輪輸入，撥盤(pán)與圓柱凸輪同轉(zhuǎn)，撥盤(pán)圓柱銷(xiāo)初始位置為即將進(jìn)入槽輪徑向槽。

圓柱凸輪與撥盤(pán)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪內(nèi)凹鎖止弧被撥盤(pán)外凹鎖止弧卡住而不再轉(zhuǎn)動(dòng)，故金屬桿不再轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著圓柱凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，金屬桿進(jìn)入上升槽，下層扇形桌面上升，圓柱凸輪再轉(zhuǎn)動(dòng)1/2周后，金屬桿進(jìn)入上部水平槽，下層桌面達(dá)到最高與主桌面對(duì)齊，如圖4所示。

3.4 動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)

離合器主要由電機(jī)、絲杠、法蘭螺母、撥叉以及千層板組成，主要原理是中間千層板受驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，撥叉與法蘭螺母固定插入千層板的中層，與絲杠配合的法蘭螺母變會(huì)產(chǎn)生垂直位移，故使撥叉與千層板上下移動(dòng)。

3.4.1 下部離合器

下部離合器千層板受驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)千層板向上移動(dòng)時(shí)，長(zhǎng)軸插入可旋轉(zhuǎn)板1，驅(qū)動(dòng)螺桿升降機(jī)構(gòu);當(dāng)千層板向下移動(dòng)時(shí)，長(zhǎng)軸插入可旋轉(zhuǎn)板2，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸將動(dòng)力輸送給上部離合器。

3.4.2 上部離合器

上部離合器千層板受傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠使法蘭螺母、撥叉以及千層板上下移動(dòng)。當(dāng)千層板上移時(shí)，短軸插入可旋轉(zhuǎn)板3，驅(qū)動(dòng)上層扇形桌面展開(kāi)機(jī)構(gòu);當(dāng)千層板下移時(shí)，短軸插入可旋轉(zhuǎn)板4，驅(qū)動(dòng)下層扇形桌面展開(kāi)升降機(jī)構(gòu)。

4 智能桌電路控制

4.1 藍(lán)牙裝置

該智能桌采用鏈傳動(dòng)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，實(shí)現(xiàn)桌面的升降和展開(kāi)、收縮。藍(lán)牙模塊采用高性能主從一體的藍(lán)牙模塊HC-05，如圖5所示。

4.2 手機(jī)APP端

本作品具有配套使用的APP，APP能夠讓智能桌的使用更加便捷智能。

手機(jī)APP與藍(lán)牙模塊的連接示意圖，如圖6所示。

4.3 可變形物聯(lián)智能桌的語(yǔ)音控制系統(tǒng)

該智能桌選用STMF103C8T6芯片作為主控芯片，語(yǔ)音控制模塊采用LU-ASR01，控制語(yǔ)音模塊通過(guò)串口輸出高低電頻、脈沖信號(hào)。基本實(shí)現(xiàn)邏輯如圖7所示。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，各種新型技術(shù)、材料紛紛應(yīng)用于家具領(lǐng)域，賦予了家具更多的功能特征，由此引爆了多功能家具的發(fā)展。面對(duì)多功能家具的魅力，越來(lái)越多的消費(fèi)者將被其吸引，也將由此帶動(dòng)多功能智能桌的市場(chǎng)需求，未來(lái)的家具市場(chǎng)中多功能智能桌也必定會(huì)占據(jù)一席之地[1]。同時(shí)，受到市場(chǎng)需求的影響，升降式多功能可變形智能桌在未來(lái)將朝著更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保、更美觀多樣化的方向發(fā)展，其發(fā)展前景也非常樂(lè)觀。

參考文獻(xiàn)

[1]楊向東.智能升降餐桌的設(shè)計(jì)與制作研究[J].機(jī)械工程師，2019（8）：71.