基于C++源碼編程的AI智能自動化桌子

熊子軒，李瀛宇

基于C++源碼編程的AI智能自動化桌子

熊子軒，李瀛宇

（雛鷹翊智（北京）教育科技有限公司，北京 100000）

經(jīng)過調(diào)研分析得出，現(xiàn)有的學習桌并不能根據(jù)使用者的需求自動調(diào)節(jié)桌面坡度及高度，均需手工調(diào)節(jié)，且坡度、高度均為固定值，調(diào)節(jié)費時費力，通常不能通過桌子完成自動調(diào)節(jié)，需要使用者手動調(diào)節(jié)，不適用人們?nèi)粘５墓ぷ鲗W習環(huán)境。為了適應大眾在日常工作學習中的不同需求，讓調(diào)節(jié)更準確、省事，決定制作基于C++源碼編程的AI智能自動化桌子，讓學習桌不僅能夠根據(jù)使用需求自動調(diào)節(jié)坡度和高度，還可以通過手機遠程控制。

C++；AI智能；自動化學習桌；遠程控制

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雖然工作時使用的電腦桌比較大，但顯示器占了60%的區(qū)域，人們希望辦公桌可以安放顯示器，但又不占用過多的桌面空間。通過研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，可以制作一款通過手機遠程控制操控高度，以滿足對不同身高的人對桌子高度的需求，并可以自動控制桌面的坡度和安放顯示器的學習桌。

1 調(diào)查與分析

為了能更好地設(shè)計并制作一款全系的學習桌，需要進行相應的調(diào)查與研究，并制訂研究方案和調(diào)研計劃來保證工作的高效率與準確性。分別采用網(wǎng)絡調(diào)研法和問卷調(diào)查法來明確學習桌的功能和實際需求，這樣既能滿足人們的需求，也能讓調(diào)查更有統(tǒng)計意義，便于對學習桌進行設(shè)計與制作。

2 網(wǎng)絡調(diào)研

2.1 360網(wǎng)站搜索

搜索的關(guān)鍵詞為：課桌、可調(diào)的課桌、可調(diào)高度的課桌。搜索結(jié)果：沒有可以自動調(diào)節(jié)高度以及坡度的桌子。

結(jié)果分析：通過在360搜索得到以上結(jié)論，經(jīng)過分析和查看，現(xiàn)有的課桌基本上都是采用機械方式，即拆卸螺絲，重新對眼，過程比較復雜且不易操作，不符合筆者對課桌的要求。

2.2 國家知識產(chǎn)權(quán)局

關(guān)鍵詞：可調(diào)課桌。

搜索結(jié)果：沒有可以自動調(diào)節(jié)高度以及坡度的桌子。

結(jié)果分析：在國家知識產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站中，可以查詢出與多功能課桌相關(guān)的專利和文獻，但是這些功能均是手動調(diào)高低、坡度，并非自動調(diào)節(jié)高低、坡度，由此得出在課桌功能方面缺少自動化，在國家知識產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站中沒有自動化桌子的相關(guān)專利，從而證明做自動化桌子的可行性。

2.3 淘寶網(wǎng)

關(guān)鍵詞：可調(diào)高低的自動化桌子。

搜索結(jié)果：沒有可以自動調(diào)節(jié)高度并且可以自動調(diào)節(jié)坡度的桌子。

結(jié)果分析：目前淘寶網(wǎng)站上有賣自動升降桌子，同時，其可以通過遙控控制桌面的高度，但這個自動升降桌普遍又大又重，不適合作為學習桌使用，而且沒有自動調(diào)坡度的功能也不能裝顯示器，不符合調(diào)查結(jié)果的需求。

2.4 網(wǎng)絡調(diào)研結(jié)論

通過網(wǎng)絡調(diào)研可以得出結(jié)論，目前不存在一款能通過手機遠程控制、自動操控桌子的高度、自動控制桌面的坡度和安放顯示器的學習桌，以滿足對不同身高的人對桌子高度的需求。

3 問卷調(diào)查及分析

為了使調(diào)查結(jié)果更具有準確性，分別在學校、商場、寫字樓、社區(qū)對不同的人群進行問卷調(diào)查。一共發(fā)放1 500份調(diào)查問卷，有效調(diào)查問卷1 485份，無效調(diào)查問卷15份，文件有效率到達99%，具備統(tǒng)計意義。以下為有效數(shù)據(jù)結(jié)果。

3.1 關(guān)于桌子用途

37%的人為工作，41%的人為寫作業(yè)，22%的人為繪畫。

3.2 關(guān)于調(diào)高度和坡度必要性

在1 485份有效問卷中，100%的受調(diào)查者認為辦公桌/學習桌可以自動調(diào)節(jié)高度和自動調(diào)節(jié)坡度是有必要的，有30%的受調(diào)查者認為調(diào)桌子的高度能符合身高的增長需要，有21%的受調(diào)查者認為調(diào)桌子的高度能有效避免駝背，有22%的受調(diào)查者認為調(diào)桌子的坡度利于繪畫等需要坡度的工作，有27%的受調(diào)查者認為調(diào)桌子的坡度和高度能適應更多不同身高人的需求，有0%的受調(diào)查者認為調(diào)桌子的坡度和高度沒有必要性。

3.3 調(diào)查結(jié)果分析

關(guān)于能調(diào)高低：82%的人的桌子不能調(diào)高低，18%的人的桌子能調(diào)高低。

關(guān)于如何調(diào)高低：22%是自動調(diào)節(jié)，78%是手動調(diào)節(jié)。

關(guān)于能否調(diào)坡度：94%為不能調(diào)坡度，6%為調(diào)坡度。

關(guān)于如何調(diào)坡度：100%為手動調(diào)節(jié)桌面，0%為自動調(diào)節(jié)桌面。

關(guān)于使用電腦頻率：經(jīng)常使用的占52%，偶爾使用的占26%，很少使用的占8%，從不使用的占14%。

關(guān)于增加功能：選帶著電腦設(shè)備、方便使用電腦的有18%；選可代替家長提示孩子護眼的有12%；選帶有自動控制裝置的有15%；選能夠調(diào)節(jié)高低坡度的有38%；選能夠符合人體工程學的有17%。

4 數(shù)據(jù)分析

單變量回歸分析：①使用桌子工作的人對于桌子是否可以調(diào)節(jié)高度沒有顯著關(guān)系，分析得出該人群以成年人為主，身高已經(jīng)不再改變；②使用桌子工作的人對于桌子是否可以調(diào)節(jié)坡度存在顯著關(guān)系，分析得出該人群以使用桌子的方式時常發(fā)生變化，對桌子是否可以調(diào)節(jié)坡度存在顯著關(guān)系； ③使用桌子寫作業(yè)的人對于桌子是否可以調(diào)節(jié)高度存在顯著關(guān)系，分析得出該人群以未成年人為主，身高增長迅速；④使用桌子寫作業(yè)的人對于桌子是否可以調(diào)節(jié)坡度沒有顯著關(guān)系，分析得出該人群以未成年人為主，對桌子用途主要以寫作業(yè)為主，使用方式單一；⑤使用桌子繪畫的人對于桌子是否可以調(diào)節(jié)高度存在顯著關(guān)系，分析得出該人群年齡不定，對桌子的高度要求不同；⑥使用桌子繪畫的人對于桌子是否可以調(diào)節(jié)坡度存在顯著關(guān)系，分析得出該人群對桌子的主要用途因畫法不同而隨之變化，對桌子的使用角度要求不同；⑦所有調(diào)查對象對桌子的高度以及坡度調(diào)節(jié)全部期望以自動調(diào)節(jié)的方式進行，通過檢驗存在特別顯著關(guān)系；⑧使用桌子工作以及使用桌子用于寫作業(yè)的人群對與桌子自動化和人體工程方向優(yōu)化意愿，存在特別顯著關(guān)系。

5 調(diào)研結(jié)論

通過對網(wǎng)絡調(diào)研和問卷調(diào)查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析得出，現(xiàn)在不存在大眾期望的自動學習桌，但是人們普遍需要使用一款通過手機遠程控制，自動操控桌子高度，以滿足對不同身高的人對桌子高度的需求，并且可以自動控制桌面的坡度和安放顯示器的學習桌。

6 設(shè)計

6.1 設(shè)計思路

根據(jù)調(diào)查和實地測量得出，桌面坡度在0～80°范圍具有使用價值，桌面高度在70～110 cm范圍內(nèi)具有使用價值。建立設(shè)計標準滿足“三三原則”，即結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和結(jié)構(gòu)功能原則。

其中，結(jié)構(gòu)設(shè)計原則包括結(jié)構(gòu)最簡化（結(jié)構(gòu)質(zhì)量最輕化、結(jié)構(gòu)載荷最大化），結(jié)構(gòu)功能原則包括安全性（結(jié)構(gòu)安全、使用安全）、適用性（易使用、易維護、經(jīng)濟性）、耐疲勞性。根據(jù)測量結(jié)果、功能要求及材料尺寸開始進行手繪設(shè)計圖和創(chuàng)意，完成自動化桌子的概念設(shè)計。

6.2 概念設(shè)計

設(shè)計標準：①智能自動化桌子設(shè)計合理，可滿足使用需求；②智能自動化桌子不會增加桌子使用的額外不便利； ③智能自動化桌子符合桌子應用標準；④具有改變桌面高度和坡度的可行性和經(jīng)濟性。

工作原理：根據(jù)電機驅(qū)動輸出帶動螺桿使之自傳的原理，反向應用固定螺桿，使電機上下移動達到改變桌面高度的目的。根據(jù)電機驅(qū)動輸出軸旋轉(zhuǎn)的原理，將桌面與輸出軸固定使之同步旋轉(zhuǎn)。

6.3 具體設(shè)計

基于C++源碼編程的AI智能自動化桌子物理結(jié)構(gòu)主要由桌面、旋轉(zhuǎn)裝置、桌面托架、升降臂、桌腿和電子控制6部分組成，如圖1所示。

圖1 示意圖

6.3.1 桌面設(shè)計

為了減輕桌面重量，達到減少電機負擔的目的，同時保證桌面強度及平整，不采用市場現(xiàn)有桌面材料，優(yōu)化了桌面結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用內(nèi)卯榫框架，局部加強，外蒙皮整形的結(jié)構(gòu)方式。在表面增加樹脂涂層提升桌面耐久度和美觀性。

6.3.2 旋轉(zhuǎn)裝置

旋轉(zhuǎn)裝置需同時連接桌面和電機兩處，要求旋轉(zhuǎn)裝置整體強度較大，且材料本身密度低，不增加桌面負擔，保證桌面穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。優(yōu)先采用3D打印的加工方式，縮短成型周期。

6.3.3 桌面托架

桌面托架采用“H”形雙箱體結(jié)構(gòu)，所有截面均為“回”形，雙層結(jié)構(gòu)，增大結(jié)構(gòu)抗扭和結(jié)構(gòu)受壓能力。兩側(cè)通過橫梁連接，簡潔大氣，且提供走線位置，保證電路安全。最外層設(shè)置玻璃纖維層，將結(jié)構(gòu)強度增大數(shù)倍。

6.3.4 升降臂

升降臂結(jié)構(gòu)分為兩部分：電機連接架、支撐臂。因電機無托架，電機連接架起到兩種作用，即支撐電機、連接支撐臂。電機連接架外觀尺寸匹配步進電機，延伸兩處預留支撐臂安裝孔，采用3D打印技術(shù)，構(gòu)建模型并打印安裝。

升降臂安裝在電機連接架和桌面托架兩處，達到伴隨電機上下移動、調(diào)節(jié)桌面高度的效果。

6.3.5 桌腿結(jié)構(gòu)

桌腿結(jié)構(gòu)采用“T”形半封閉結(jié)構(gòu)，中心位置固定電機螺桿，提供步進電機行程軌道。因螺桿安裝在桌腿中，所以當接收到調(diào)整高度的指令時，步進電機轉(zhuǎn)會伴隨螺桿的轉(zhuǎn)動上下平行移動達到調(diào)節(jié)桌子高度的效果。

6.3.6 電子控制

電子控制部分以核心控制板為主，下控4組電機驅(qū)動器和步進電機，以Wi-Fi無線模塊作為指令傳輸部分。所有驅(qū)動器獨立供電避免相互干擾。線路安裝位置保證所有線路絕緣不與人體接觸。

7 驗證及結(jié)果

通電后，通過實際使用對自動化桌子進行試車，通過手機遙控可以自動操控控制桌面的正揚角（0～80°）。可以自動操控桌子的垂直行程，以滿足對不同身高的人對桌子高度的需求。

通過實驗達成設(shè)計目標，設(shè)計成功。

指導教師：李瀛宇。

TS664.01

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.053

2095－6835（2020）02－0132－02

〔編輯：張思楠〕