一種新型自動(dòng)布鞋洗鞋機(jī)的設(shè)計(jì)與制作

謝嘉誠　安小雪　梁逸波　周奕飛　楊陽　馬敏祺

【摘 要】針對(duì)目前洗鞋機(jī)在清洗過程中存在的鞋子容易發(fā)生形變、噪音過大和清洗不干凈等問題，本文設(shè)計(jì)并制作了一款集固定、清洗、脫水、消毒功能為一體的自動(dòng)布鞋洗鞋機(jī)。整機(jī)分機(jī)械和控制兩大部分，其中機(jī)械部分包含鞋子固定裝置、清洗裝置、消毒裝置等，采用三維制圖軟件對(duì)其進(jìn)行建模仿真及干涉檢查；控制部分使用stm32單片機(jī)控制烘干裝置和消毒裝置。測試機(jī)實(shí)驗(yàn)表明，與市場上的洗鞋機(jī)相比，本機(jī)在清洗過程中具備鞋子不易形變、噪聲小和清洗效果好等功能。

【關(guān)鍵詞】布鞋洗鞋機(jī)；Solidworks建模；固定裝置；stm32單片機(jī)

中圖分類號(hào)： TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2457（2018）08-0262-002

Design and Fabrication of a New Automatic Shoes Washing Machine

XIE Jia-cheng AN Xiao-xue LIANG Yi-bo ZHOU Yi-fei YANG Yang MA Min-qi

（Engineering Training Center， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai Songjiang 201620， China）

【Abstract】In order to solve the problems that shoes in the cleaning process are easy to deform， excessive noise， and unclean cleaning，this paper designs and manufactures an automatic cloth washing machine that integrates fixing， cleaning，dewatering，and disinfecting functions. Shoe Machinery. The whole machine is divided into two parts： the machine and the control.The mechanical part includes the shoe fixing device， the cleaning device， the disinfection device，etc.The modeling and simulation and the interference check are performed by using the three-dimensional mapping software；the control part uses the stm32 single chip microcomputer to control the drying device and sterilize. Device.Test machine experiments show that compared with the shoe washing machine on the market，this machine has the functions of shoes that are not easy to deform，have little noise，and have good cleaning effect during the cleaning process.

【Key words】Cloth shoes washing machine；Solidworks modeling；Fixed device；Stm32 microcontroller

0 引言

隨著城市生活節(jié)奏的加快，傳統(tǒng)的布鞋清洗方法已不能滿足人們?nèi)找嫣岣叩纳钜螅藗儗?duì)清洗鞋子有著更高的標(biāo)準(zhǔn)。而市場上現(xiàn)有洗鞋機(jī)大都存在以下兩大問題，分別是不具備鞋子固定裝置和沒有消毒功能。在清洗過程中是直接將鞋子放入洗鞋筒中，這樣做不僅使鞋子在清洗過程中容易變形，還會(huì)產(chǎn)生較大噪聲，也無法確保鞋子被完全被清洗干凈。不具備消毒功能，只是在清洗完成后由用戶自行曬干，久而久之，大量鞋子交叉清洗容易產(chǎn)生真菌感染，給人們的雙腳帶來健康隱患。例如，上海某高校周邊洗鞋店中使用的洗鞋機(jī)雖一次能清洗兩雙鞋，清洗效率高。但他們的設(shè)備不具備鞋子固定的功能，同時(shí)，也沒有消毒功能。因此，本項(xiàng)目在原有洗鞋機(jī)的基礎(chǔ)上擬研究一款集固定、清洗、脫水、消毒功能為一體的自動(dòng)布鞋洗鞋機(jī)，該機(jī)器將極大的改善人們傳統(tǒng)的布鞋清洗方式。

1 總體設(shè)計(jì)方案

新型自動(dòng)布鞋洗鞋機(jī)主要由固定裝置、清洗裝置和消毒裝置組成。整機(jī)的動(dòng)力來源于單相異步電動(dòng)機(jī)，使用交流電。具體工作過程為：將一雙臟鞋分別裝入鞋撐，取出在中軸內(nèi)的四個(gè)滑塊和夾子，用四個(gè)手機(jī)自拍桿夾子分別固定鞋尖和后跟，再放入滑塊至中軸。然后，裝入洗滌劑并進(jìn)水至淹沒中軸，按下啟動(dòng)開關(guān)定時(shí)，進(jìn)行清洗。電動(dòng)機(jī)可以正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)來清洗布鞋，洗鞋桶的內(nèi)壁附著刷子，刷子與布鞋摩擦。待清洗完畢后，將按鈕旋至排水。待排水完畢后，再啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，用于甩干布鞋。最后，啟動(dòng)消毒裝置，對(duì)布鞋進(jìn)行殺菌消毒。機(jī)械部分利用Solidworks 2017進(jìn)行三維建模和干涉檢查，以檢測硬件裝置裝配的可行性。電氣部分通過編譯stm32單片機(jī)程序?qū)﹄姍C(jī)及各裝置進(jìn)行控制。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)

2.1 固定裝置

根據(jù)布鞋的形狀，設(shè)計(jì)為長方體中軸模型。將設(shè)計(jì)好的中軸模型利用尼龍材料經(jīng)機(jī)械加工制作，具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐磨性和較好的耐腐蝕性，是代替金屬的好材料，也是重要的工程塑料。固定裝置包括四個(gè)滑塊、兩個(gè)滑槽和四個(gè)夾子。滑塊使用3D打印，做成T型，中間開有孔，便于用戶在清洗前取出滑塊將布鞋用夾子預(yù)先固定并放置。滑槽做成T型，長度控制在200mm。滑塊和中軸通過T型滑槽連接。因?yàn)椴夹陌惭b和取出是依靠人工實(shí)現(xiàn)的，假如該過程不方便，一定會(huì)給用戶造成不小的麻煩。此外，將鞋夾通過14mm無頭螺絲與滑塊配合，一面兩個(gè)夾子，以完成對(duì)布鞋的夾持操作。鞋夾用彈簧進(jìn)行鞋子固定，兩側(cè)均可拉伸，確保各種尺碼的布鞋有足夠的夾持范圍。最后，在板底部開M6孔以確保和原先的軸承固定。

2.2 清洗裝置

清洗裝置為一個(gè)圓筒結(jié)構(gòu)，由以下部件組成：位于中心的主軸和圍繞主軸的內(nèi)壁，內(nèi)壁上裝有洗滌液和板刷。刷子為軟毛刷，主要用來清潔鞋面部分，適合布鞋清洗。板刷通過螺絲與內(nèi)壁固定。選用市面上常見的洗滌液。將洗滌液倒入內(nèi)壁儲(chǔ)液塊，接水管進(jìn)水直至淹沒中軸頂部，開啟按鈕清洗，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)中軸旋轉(zhuǎn)，中軸帶動(dòng)布鞋旋轉(zhuǎn)，與周圍的毛刷摩擦從而達(dá)到清洗效果。正轉(zhuǎn)后反轉(zhuǎn)，如此循環(huán)往復(fù)。清洗結(jié)束后將按鈕撥至排水，水由重力作用自動(dòng)排出，結(jié)束清洗。

2.3 消毒裝置

消毒裝置采用功率為6瓦的無臭氧型紫外線燈管，在工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生臭氧以免引起身體不適。燈管安裝在洗鞋機(jī)內(nèi)部的頂部。供電方面，將洗鞋機(jī)的輸入電壓（220v）并聯(lián)一路直接為其供電，另外一路電壓經(jīng)過穩(wěn)壓器由220v轉(zhuǎn)化為5v對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電，單片機(jī)同時(shí)起到開關(guān)設(shè)備的作用。控制程序詳見控制程序設(shè)計(jì)。

3 控制程序設(shè)計(jì)

采用stm32單片機(jī)，其包括顯示部分，按鍵部分和核心板。用戶界面顯示在單片機(jī)上的lcd屏上，打開控制系統(tǒng)按鍵，在用戶界面，用戶能看到當(dāng)前的時(shí)間和洗鞋機(jī)內(nèi)部的溫度。由單片機(jī)根據(jù)溫度判斷執(zhí)行消毒。當(dāng)機(jī)器內(nèi)部的溫度高于一定值時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉消毒裝置。

4 結(jié)語展望

新型自動(dòng)布鞋洗鞋機(jī)的產(chǎn)生，一定程度上緩解了噪音污染和鞋子形變的發(fā)生，其優(yōu)勢在集固定清洗消毒功能于一體，綜合了機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)思路。但是，一款優(yōu)秀的洗鞋機(jī)應(yīng)該兼顧各個(gè)方面，我們沒有考慮環(huán)境資源的節(jié)約利用，例如水資源、電力的循環(huán)利用，另外，我們也沒有考慮鞋底鞋內(nèi)部的刷洗，以及烘干功能，仍需要繼續(xù)研究。

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