陳毅龍

（廈門大學(xué)創(chuàng)意與創(chuàng)新學(xué)院，福建 漳州 363105）

1 引言

近年來，隨著科技發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)舒適方便的家居環(huán)境需求越來越大，智能家居市場(chǎng)得以快速發(fā)展，在這股浪潮下，晾衣架也由傳統(tǒng)化向智能化方向改變，目前市場(chǎng)上，帶有烘干、消毒、照明等功能的電動(dòng)升降式晾衣架成為主流產(chǎn)品，其年銷售額不斷增大，擁有極大的市場(chǎng)需求［1］。市面上的這類產(chǎn)品需安裝在陽臺(tái)內(nèi)正上方且收合時(shí)體積較大，跟傳統(tǒng)的手搖升降晾衣架一樣，衣物只能晾曬于陽臺(tái)內(nèi)，晾衣時(shí)占用了陽臺(tái)的使用空間，當(dāng)出現(xiàn)陽臺(tái)采光不好、陽臺(tái)空間較小、陽臺(tái)空間另有他用等情況時(shí)，人們會(huì)選擇在陽臺(tái)外的固定晾衣架上晾曬衣物，或在陽臺(tái)內(nèi)安裝伸縮晾衣架，需要晾衣時(shí)，將晾衣架伸出室外，不需要晾衣時(shí)則將晾衣架收回室內(nèi)，以提高陽臺(tái)的使用率，但市面上的這類晾衣架存在晾曬衣物量有限、不具有自動(dòng)升降和伸縮的功能、當(dāng)人們外出時(shí)晾曬的衣物無法防止雨淋等問題。

針對(duì)以上問題，人們進(jìn)行了一些研究，文獻(xiàn)［2］公開了一種可升降的智能防雨晾衣機(jī)，需將晾衣架安裝在室內(nèi)陽臺(tái)上方的2根導(dǎo)軌上，通過傳感器和導(dǎo)軌上的伸縮機(jī)構(gòu)控制晾衣架伸出陽臺(tái)外或縮回陽臺(tái)內(nèi)，達(dá)到防雨的效果；文獻(xiàn)［3］公開了一種自適應(yīng)晾曬智能晾衣系統(tǒng)，需在陽臺(tái)外安裝框體，通過框體上的傳感器、電機(jī)、滑輪、鋼索等機(jī)構(gòu)作用，實(shí)現(xiàn)衣物自動(dòng)收回陽臺(tái)內(nèi)；文獻(xiàn)［4］公開了一種防雨晾衣裝置，在固定于室外的剛性晾衣架上方設(shè)置一塊擋雨板，當(dāng)下雨時(shí)，電機(jī)通過連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)擋雨板落下，擋雨板從垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)化為水平狀態(tài)，擋在室外的衣物上方，起到防止晾衣架上方雨水的作用；文獻(xiàn)［5］公開了一種自動(dòng)收攏與伸展的陽臺(tái)外晾衣桿，通過安裝于陽臺(tái)外的菱形伸縮架、電機(jī)、絲桿、擋雨板等機(jī)構(gòu)，在下雨時(shí)，將衣物收縮到陽臺(tái)外的擋雨板下方；文獻(xiàn)［6］設(shè)計(jì)了一款防雨防暴曬智能晾衣裝置，可通過菱形伸縮系統(tǒng)將衣物收回陽臺(tái)內(nèi)并通過卷簾系統(tǒng)擋雨，并對(duì)各系統(tǒng)的電機(jī)做了較詳細(xì)的計(jì)算和選型；文獻(xiàn)［7］設(shè)計(jì)了一款基于STC12C5A60S2單片機(jī)的戶外智能晾衣架電控系統(tǒng)，對(duì)電控系統(tǒng)做了較詳細(xì)的研究，上述研究中，或在陽臺(tái)內(nèi)墻壁上加裝導(dǎo)軌，裝置體積較大，減少了陽臺(tái)的使用空間；或?qū)⒘酪录芡耆潭ㄓ陉柵_(tái)外，除了體積較大外，還會(huì)破壞外立面；又或者采用擋雨板結(jié)構(gòu)，但不管是將擋雨板放下以擋住不動(dòng)的衣物，還是擋雨板不動(dòng)，將衣物收入擋雨板內(nèi)，在風(fēng)雨較大情況下，擋雨板的防雨效果可能不佳，除此之外，對(duì)智能晾衣架的進(jìn)一步研究，主要集中在電機(jī)和電控系統(tǒng)上，而在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，未見有進(jìn)一步的驗(yàn)算與可行性分析方面的研究。

鑒于此，設(shè)計(jì)了一款占用空間小、自動(dòng)化程度較高、應(yīng)用范圍較廣且能防雨的智能晾衣架，并進(jìn)行相關(guān)研究，研究?jī)?nèi)容包括：（1）設(shè)計(jì)絲杠升降機(jī)構(gòu)并驗(yàn)算其強(qiáng)度和壽命；（2）設(shè)計(jì)可收合平移機(jī)構(gòu)并通過ANSYS Workbench軟件進(jìn)行靜力學(xué)分析；（3）設(shè)計(jì)帶防雨功能的手自一體操控系統(tǒng)；（4）制作物理樣機(jī)模擬系統(tǒng)工作情況并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

2 總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用在陽臺(tái)內(nèi)采光不好或沒有陽臺(tái)，居住使用空間較小場(chǎng)合下，該機(jī)構(gòu)除了可安裝在陽臺(tái)內(nèi)，也可根據(jù)需要安裝在窗戶上。在本例中，以安裝在陽臺(tái)內(nèi)為例，設(shè)定陽臺(tái)長(zhǎng)度定在2.5m以內(nèi)，陽臺(tái)窗戶玻璃分四片，中間兩片為平推活動(dòng)窗戶，外側(cè)兩片為封閉固定窗戶，窗戶完全推開后，開口長(zhǎng)1.2m左右，晾衣桿長(zhǎng)度根據(jù)窗戶開口尺寸設(shè)計(jì)為1m左右，為了避免破壞外立面，將該機(jī)構(gòu)安裝在陽臺(tái)內(nèi)窗框上。機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。

圖1 智能晾衣架總體設(shè)計(jì)方案Fig.1 Design Scheme of Intelligent Airer

工作過程如下：

當(dāng)需要晾曬衣物時(shí)，操作處于收合狀態(tài)下的平移機(jī)構(gòu)展開，使晾衣桿朝陽臺(tái)內(nèi)伸出，然后操作升降機(jī)構(gòu)將晾衣桿下移至合適高度方便掛衣物，接著使晾衣桿上升至合適高度后，再操作平移機(jī)構(gòu)將晾衣桿朝陽臺(tái)外伸出，完成將衣物晾曬到陽臺(tái)外的動(dòng)作。

當(dāng)需要取回衣物時(shí)，操作平移機(jī)構(gòu)將晾衣桿收回到陽臺(tái)內(nèi)并操作升降機(jī)構(gòu)將其降至合適高度，完成收回衣物的動(dòng)作。

當(dāng)下雨時(shí)，位于陽臺(tái)外側(cè)的雨滴傳感器檢測(cè)到下雨的情況，單片機(jī)根據(jù)傳感器信號(hào)，控制平移機(jī)構(gòu)將晾衣桿收回陽臺(tái)內(nèi)，同時(shí)位于窗戶上的自動(dòng)開窗器工作，使中間兩扇活動(dòng)窗戶閉合，完成智能防雨的動(dòng)作。

3 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

晾衣桿升降動(dòng)作由固定在窗框上的左右兩組滾珠絲桿升降器完成，絲桿通過軸承固定在窗框上，承載平移機(jī)構(gòu)的升降臺(tái)通過螺栓固定在左右兩個(gè)絲母上，電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿帶動(dòng)絲母升降，絲母帶動(dòng)平移機(jī)構(gòu)升降完成晾衣桿的升降動(dòng)作。由于平移機(jī)構(gòu)固定在左右兩組滾珠絲桿升降器上，因此要求兩組絲桿升降器的升降動(dòng)作要同步，關(guān)于這方面的要求，通常可采用雙電機(jī)電伺服同步驅(qū)動(dòng)的解決方案［8］，通過絲桿編碼器的反饋，對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行外閉環(huán)控制，可有效保證同步驅(qū)動(dòng)的精度，但這種控制方式成本較高，因此，考慮成本因素且該機(jī)構(gòu)對(duì)傳動(dòng)精度的要求較小，設(shè)計(jì)了單電機(jī)配合同步帶驅(qū)動(dòng)雙絲桿的控制方式來實(shí)現(xiàn)，升降機(jī)構(gòu)，如圖2所示。為了方便查看，將升降機(jī)構(gòu)獨(dú)立出來展示。

圖2 升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structural Drawing of Lifting Mechanism

圖2中，位于中間上方處的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過電機(jī)帶輪和同步帶將動(dòng)力傳遞給左右兩根絲桿上端的絲桿帶輪，使兩根絲桿同時(shí)同向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而同步帶動(dòng)兩個(gè)絲母一起升降，完成升降臺(tái)的升降動(dòng)作，2個(gè)張緊輪可以左右調(diào)節(jié)位置，使同步帶張緊，起到防松的作用。

下面對(duì)升降機(jī)構(gòu)中重要零件滾珠絲桿升降器進(jìn)行設(shè)計(jì)選型并驗(yàn)算強(qiáng)度和壽命。該升降機(jī)構(gòu)主要用于傳力，故選擇T型螺旋副，一般傳力機(jī)構(gòu)的螺旋副可選5、7級(jí)精度，該機(jī)構(gòu)對(duì)行程誤差要求低且考慮成本因素，故選擇7級(jí)精度，絲桿軸固定方式上，可選擇兩端固定或一端固定一端支撐的方式，考慮到該機(jī)構(gòu)升降速度較低，且后者結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、成本較低，故選擇一端固定一端支撐的方式。選擇市面上某款滾珠絲桿升降器產(chǎn)品，其主要參數(shù)，如表1所示。設(shè)升降機(jī)構(gòu)工作條件設(shè)定，如表2所示。

表1 滾珠絲桿主要參數(shù)表Tab.1 Main Parameters of Ball Screw

表2 升降機(jī)構(gòu)工作條件Tab.2 Working Conditions of Lifting Mechanism

以下驗(yàn)算所選滾珠絲桿能否滿足使用要求，對(duì)于傳力螺旋機(jī)構(gòu)，需滿足靜載荷條件和壽命條件。

式中：fF—載荷系數(shù)，該機(jī)構(gòu)工作情況平穩(wěn)或輕微沖擊，取值1.1。

式中：μ—滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.003。

根據(jù)式（2）和式（3）分別計(jì)算得到加速工況軸向載荷為194.59N、減速工況軸向載荷198.59N，勻速工況軸向載荷196.59N，因此，軸向最大載荷為Fmax為198.59N。

式（1）中，額定靜載荷修正值為：

式中：fac—螺旋副精度修正系數(shù)，7級(jí)取值0.9；

fh—硬度修正系數(shù)，取值1.0。

計(jì)算得到C0am為11.88kN，除以安全系數(shù)3后得到3.96kN，根據(jù)式（3），3.96kN遠(yuǎn)大于218.45N，故滿足靜載荷條件。

壽命條件方面，該機(jī)構(gòu)為普通機(jī)械，按安全系數(shù)3算，滾動(dòng)螺旋副預(yù)期壽命應(yīng)大于30000h。

額定動(dòng)載荷修正值為：

式中：fm—冶煉方法系數(shù)，取值1.44，計(jì)算得到額定動(dòng)載荷修正值為9.46kN。

式中：Fi、qi—各工況下軸向載荷和相應(yīng)工作時(shí)間與總工作時(shí)間的比值，計(jì)算得到當(dāng)量軸向載荷為196.59N。

式中：frc—可靠性系數(shù)，取值0.53；計(jì)算得工作壽命為81667h，工作壽命遠(yuǎn)大于預(yù)期壽命，滿足壽命條件。

綜上，該升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足使用要求。

3.2 平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析

平移機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)要求上，一方面要能滿足占用空間小、結(jié)構(gòu)緊湊、可收合的功能，另一方面要求晾衣桿在伸出或收回的過程中，動(dòng)作平穩(wěn)，晾衣桿不會(huì)擺動(dòng)，因此設(shè)計(jì)了雙擺臂雙滑塊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)方案，如圖3所示。

圖3 平移機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structural Drawing of Horizontal Moving Mechanism

圖3中，擺臂電機(jī)固定在升降臺(tái)上，帶動(dòng)主動(dòng)擺臂旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)擺臂與主動(dòng)滑塊鉸接，帶動(dòng)主動(dòng)滑塊沿光桿軸向滑動(dòng)，同時(shí)使光桿連同晾衣桿一起，沿與滑塊滑動(dòng)方向垂直的方向平動(dòng)，沿升降臺(tái)中心對(duì)稱布置從動(dòng)擺臂與從動(dòng)滑塊。當(dāng)平移機(jī)構(gòu)展開時(shí)，主動(dòng)擺臂、從動(dòng)擺臂、升降臺(tái)和光桿構(gòu)成一個(gè)等腰梯形結(jié)構(gòu)，且展開過程光桿始終與升降臺(tái)平行，移動(dòng)平穩(wěn)；當(dāng)平移機(jī)構(gòu)收合時(shí)，主動(dòng)擺臂、從動(dòng)擺臂、升降臺(tái)和光桿疊在一起，成一直線狀，結(jié)構(gòu)緊湊，提高空間利用率。平移機(jī)構(gòu)展開和收合過程演示，如圖4所示。

圖4 平移機(jī)構(gòu)工作過程演示圖Fig.4 Working Process Demonstration of Horizontal Moving Mechanism

該平移機(jī)構(gòu)中升降臺(tái)跨度較長(zhǎng)，且2根擺臂長(zhǎng)度較長(zhǎng)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，這類結(jié)構(gòu)在整個(gè)系統(tǒng)中受力較大，因此，通過有限元軟件對(duì)該平移機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)仿真分析。在該例中，窗戶開度為1.2m，因此設(shè)定晾衣桿長(zhǎng)1m，擺臂長(zhǎng)根據(jù)衣服寬度設(shè)定為0.3m，該機(jī)構(gòu)最大承重設(shè)定為15kg，下面通過有限元軟件ANSYS Workbench對(duì)平移機(jī)構(gòu)展開時(shí)滿負(fù)荷狀態(tài)工況下做靜力學(xué)分析。

首先，對(duì)平移機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行處理，去除不必要圓角、導(dǎo)角，螺栓、鉸接點(diǎn)等連接處采用綁定接觸方式，滑塊與光桿之間采用摩擦接觸方式，摩擦系數(shù)無窮大。

材料選擇上，鋁合金材料由于其突出的綜合性能，特別是在輕量化上優(yōu)秀表現(xiàn)［9-10］，因此升降臺(tái)、擺臂、光桿和晾衣桿均采用6061-T6鋁鎂合金材料，其屈服強(qiáng)度為270MPa，滑塊、螺栓、鉸接頭等零按需求選取相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)件，材料定為結(jié)構(gòu)鋼。

綜合考慮計(jì)算成本和精度，將自定義網(wǎng)格尺寸大小設(shè)置為3mm，劃分之后包含153310個(gè)節(jié)點(diǎn)和82049個(gè)單元，網(wǎng)格質(zhì)量均值大于0.8，網(wǎng)格總體質(zhì)量較好。

將15kg載荷均勻施加在晾衣桿上，升降臺(tái)與絲母螺栓連接處的孔位設(shè)為固定約束，載荷與約束情況，如圖5所示。求解該模型后得到應(yīng)力云圖，如圖6所示。位移云圖，如圖7所示。圖6可知，該機(jī)構(gòu)最大應(yīng)力位于升降臺(tái)兩端的固定螺栓孔處，與預(yù)期相符，且應(yīng)力值為173.78MPa，小于6061-T6的屈服極限270MPa，圖7可知，該機(jī)構(gòu)最大變形位于晾衣桿中端，變形量為18.145mm，符合要求，因此，該平移機(jī)構(gòu)滿足使用需求。

圖5 載荷與約束情況Fig.5 Loads and Constraints

圖6 平移機(jī)構(gòu)應(yīng)力云圖Fig.6 Stress Diagram of Horizontal Moving Mechanism

圖7 平移機(jī)構(gòu)總變形云圖Fig.7 Total Deformation Diagram of Horizontal Moving Mechanism

3.3 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，如圖8所示。

圖8 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖Fig.8 Design Block Diagram of Electric Control System

電控系統(tǒng)分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。手動(dòng)模式下，手機(jī)通過藍(lán)牙模塊與單片機(jī)相連，按下手機(jī)APP軟件里的相應(yīng)按鈕，可操控升降機(jī)構(gòu)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和平移機(jī)構(gòu)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)晾衣桿升降動(dòng)作和伸出收回的動(dòng)作。行程開關(guān)限制升降機(jī)構(gòu)和平移機(jī)構(gòu)的極限位置，以升降機(jī)構(gòu)為例，當(dāng)升降機(jī)構(gòu)電機(jī)帶動(dòng)升降臺(tái)上升到上極限位置時(shí)，觸碰到上行程開關(guān)，則升降機(jī)構(gòu)電機(jī)無法正轉(zhuǎn)，只能反轉(zhuǎn)；當(dāng)升降機(jī)構(gòu)電機(jī)帶動(dòng)升降臺(tái)下降到下極限位置時(shí)，觸碰到下行程開關(guān)，則升降機(jī)構(gòu)電機(jī)無法反轉(zhuǎn)，只能正轉(zhuǎn)，平移機(jī)構(gòu)行程開關(guān)控制方式與升降機(jī)構(gòu)的一樣。

自動(dòng)模式下，當(dāng)下雨時(shí)，雨滴傳感器向單片機(jī)輸出控制信號(hào)，單片機(jī)操控升降機(jī)構(gòu)電機(jī)和平移機(jī)構(gòu)電機(jī)按順序完成以下動(dòng)作：（1）升降機(jī)構(gòu)電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)升降臺(tái)上升到上極限位置后停止動(dòng)作；（2）平移機(jī)構(gòu)電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)晾衣桿收回到陽臺(tái)內(nèi)并在觸碰到平移機(jī)構(gòu)行程開關(guān)后停止動(dòng)作。通過以上操作，實(shí)現(xiàn)下雨時(shí)衣物自動(dòng)收回陽臺(tái)內(nèi)的動(dòng)作。電控系統(tǒng)實(shí)物和手機(jī)APP界面，如圖9所示。

圖9 電控系統(tǒng)實(shí)物與手機(jī)APP界面Fig.9 Electronic Control System and Mobile APP Interface

4 試驗(yàn)

按1：1比例搭物理樣機(jī)，搭建好的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如圖10所示。

圖10 試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.10 Test Model

試驗(yàn)過程與驗(yàn)證結(jié)果如下：

（1）測(cè)試升降機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況，通過觀察升降過程中水平儀刻度值的變化情況，判斷升降機(jī)構(gòu)是否工作平穩(wěn)。

首先，將升降臺(tái)移動(dòng)到最低處，在升降臺(tái)上方中間處固定一調(diào)試好的水平儀，通過分別轉(zhuǎn)動(dòng)左右2個(gè)同步帶輪，調(diào)整升降臺(tái)到水平狀態(tài)，即水平儀上的氣泡處于中間處，在本例中，所使用的水平儀精度為0.5mm/1000mm，升降臺(tái)長(zhǎng)度為1000mm，氣泡從中間向左或向右每偏移1格，升降臺(tái)在豎直方向上傾斜高度為0.5mm。

然后抬升升降臺(tái)，觀察到，升降臺(tái)在上升過程中水平儀的氣泡能較好的保持在中間位置，說明升降臺(tái)上升過程保持水平，但在開始運(yùn)動(dòng)瞬間和停止運(yùn)動(dòng)瞬間，水平儀的氣泡會(huì)跳動(dòng)一下，偏移量在1格以內(nèi)，分析其原因，主要是啟動(dòng)和停止過程中的速度變化、同步帶的彈性和齒間隙引起的，考慮到該升降機(jī)構(gòu)的絲杠主要用于傳力，對(duì)精度要求較低，且觀察到啟動(dòng)和停止瞬間衣物并未傾斜和晃動(dòng)，因此認(rèn)為該升降機(jī)構(gòu)整體運(yùn)行平穩(wěn)。

下降過程工作情況和上升過程類似，不再累述。

同時(shí)，上升過程的平均時(shí)間為21s，下降過程平均時(shí)間為19s，符合預(yù)設(shè)的使用要求；

（2）測(cè)試平移機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況，觀察到，在展開與收合過程中，兩根擺臂動(dòng)作能保持一致，整體運(yùn)行平穩(wěn)，展開或收合過程的平均時(shí)間為3s，符合要求；

（3）自動(dòng)模式下，往雨滴傳感器上滴水，系統(tǒng)自動(dòng)完成先將升降臺(tái)升到上極限位置，再將晾衣桿收回到內(nèi)極限位置處的過程，符合要求；

（4）進(jìn)行滿載彎曲工況下平移機(jī)構(gòu)的應(yīng)變?cè)囼?yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)比較分析，驗(yàn)證仿真模型正確性。

從圖6中可知，應(yīng)力最大處發(fā)生在升降臺(tái)兩端的固定螺栓孔處，由于該螺栓孔處無法貼應(yīng)變片，故選取其他較大應(yīng)力區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)，所選取的應(yīng)變片貼片區(qū)域，如圖11所示。圖11中標(biāo)號(hào)1～4為應(yīng)變片貼片位置。根據(jù)仿真模型彎曲工況下的加載情況，將合計(jì)15kg的重物掛在晾衣桿上進(jìn)行加載，應(yīng)變測(cè)試儀采用四分之一橋加溫度補(bǔ)償方式進(jìn)行連接，每次連接1片應(yīng)變片，并單獨(dú)測(cè)量其應(yīng)變值，1號(hào)位置應(yīng)變片連接試驗(yàn)，如圖12所示。

圖11 應(yīng)變片貼片區(qū)域Fig.11 Pasted Area of Strain Gauge

圖12 應(yīng)變?cè)囼?yàn)Fig.12 Strain Test

為了保證測(cè)量精度，對(duì)測(cè)量處沿互成90°的兩個(gè)方向進(jìn)行打磨，打磨光滑后清洗干凈再貼片，貼片方向與升降臺(tái)長(zhǎng)度方向一致，用膠帶固定住貼片處附近的導(dǎo)線和應(yīng)變測(cè)試儀接線螺栓處附近的導(dǎo)線，以免測(cè)量過程中，因?qū)Ь€晃動(dòng)而使數(shù)值變動(dòng)，在測(cè)量過程中，待應(yīng)變測(cè)試儀顯示的數(shù)值穩(wěn)定后再記錄下來。

采用單點(diǎn)多次測(cè)量方法，多次測(cè)量數(shù)值在±30με內(nèi)即認(rèn)為數(shù)值在誤差范圍內(nèi)可用，記錄下3次可用數(shù)值，計(jì)算出它們的平均值作為最終的測(cè)量值。

1號(hào)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變測(cè)試儀第1次測(cè)得的數(shù)值為1411με，另外2次測(cè)得的數(shù)值分別為1388με和1402με，3次數(shù)值相差在±30με范圍內(nèi)，數(shù)值可用，然后計(jì)算出它們的平均值為1400με，查得6061-T6材料彈性模量為70GPa，計(jì)算得到該測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值為98MPa。

其他測(cè)點(diǎn)方法和步驟同1號(hào)測(cè)點(diǎn)，這里不再累述，最后，將試驗(yàn)所得各點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)據(jù)換算成應(yīng)力值后和有限元中對(duì)應(yīng)點(diǎn)仿真值做比較，如表3所示。

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與有限元數(shù)據(jù)比較Tab.3 Comparison Between Test Data and Finite Element Data

表3 中，整體平均誤差較小，試驗(yàn)與仿真情況基本一致，因此，該有限元模型正確，該平移機(jī)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。

5 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)了一款占用空間小、自動(dòng)化程度較高且能防雨的智能晾衣架，并搭建物理樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明該機(jī)構(gòu)符合使用要求，為智能防雨晾衣架的設(shè)計(jì)提供一種思路和方法。（2）設(shè)計(jì)了單電機(jī)配合同步帶驅(qū)動(dòng)雙絲桿的升降機(jī)構(gòu)，試驗(yàn)表明，升降臺(tái)在升降過程中保持水平，整體運(yùn)行平穩(wěn)，符合使用要求，且驗(yàn)算結(jié)果表明，絲桿滿足強(qiáng)度和壽命要求。（3）所設(shè)計(jì)的平移機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，在收合或展開過程中，運(yùn)行平穩(wěn)，符合使用要求，對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元仿真分析和應(yīng)變?cè)囼?yàn)，所得仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致，該有限元模型正確，該平移機(jī)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。（4）這里主要研究?jī)?nèi)容為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)上只使用了1個(gè)雨滴傳感器，在后續(xù)研究中，可增加光敏傳感器、濕度傳感器和攝像頭等傳感器，進(jìn)一步提高控制精度。