吊軌折疊板式自動衣物折疊器設計

鐘宇欣 劉 磊 吳宇鵬 高 飛 陳楠樺 林 權

（武夷學院，福建 南平 354300）

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對居住環境提出了更高的要求，也越來越注重家庭生活的便利、節能、安全和舒適［1-2］。因此，智能家居有著非常廣闊的市場和應用前景。從發展趨勢上來看，智能家居的普及是一種必然趨勢，其有著相當大的開發潛力和應用前景［3-5］。在智能家居高速發展的背景下，筆者通過設計一種自動衣物折疊器，從而實現對衣物的全自動折疊及收集，解決平時衣物雜亂、手動折疊衣物工序煩瑣、時間長等問題，改善人們的生活環境。

1 自動衣物折疊器總體結構

圖1 為自動衣物折疊器的總體結構示意圖，其針對的是懸掛衣物，采用吊軌折疊板來實現衣物的自動折疊，即在卸衣時衣物會自然下落，利用錯位的方式對其進行一次對折，然后利用空氣吸附來防止衣物出現褶皺，并在衣物折疊裝置中對其進行兩次折疊，完成折疊后可擺放收集。

圖1 自動衣物折疊器總體結構

吊軌折疊板式自動衣物折疊器由吊軌角度控制裝置、衣物分離裝置、自動卸衣裝置、衣物折疊裝置、衣物收集裝置組成。吊軌角度控制裝置用來調節吊軌與水平面的角度，當吊軌左高右低時，衣物會向右側滑動。當吊軌左低右高時，衣物會向左側滑動；衣物分離裝置在擋住衣物向右滑動的同時，還可對聚集的衣物進行分離；自動卸衣裝置可對掛在衣架上的衣物進行卸衣操作；衣物折疊裝置上的對折桿先對自然掉落的衣物進行錯位對折，通過轉動對折桿的角度把對折后的衣物轉移到折疊板上，然后再進行兩次折疊，折疊板上有空氣吸附裝置，可防止衣物出現褶皺。在衣物折疊完畢后，折疊裝置會通過吹氣的方式將衣物送入收集裝置。

吊軌折疊板式自動衣物折疊器采用錯位對折及空氣吸附折疊方式，對自然掉落的衣物進行對折，在吸附時再次對衣物進行折疊，從而保證衣物的平整性。同時，分離裝置可對聚集在一起的衣物進行分離，從而實現對一件件下滑衣物的折疊。該系統使用C51 單片機驅動電機進行延時轉動，折疊裝置使用Arduino 控制器驅動舵機來實現對衣物的折疊。折疊器的機械結構簡單、控制系統穩定、制造成本低，適合用于居家生活。

2 關鍵結構設計

2.1 吊軌角度控制裝置設計

吊軌角度控制裝置是用于傾斜吊軌的。當吊軌左高右低時，可依靠重力來傳送衣物；當吊軌左低右高時，吊軌收回衣架，為下一批衣物提供空閑衣架。角度控制原理可參考曲柄搖桿機構［6］，使用滾珠絲桿來代替曲柄，通過滾珠絲桿螺母的左右移動帶動連桿推動吊軌，使其角度發生變化，工作原理如圖2所示。

圖2 吊軌角度控制原理

用滾珠絲桿取代曲柄用來實現角度的變化。曲柄轉動一圈可實現從最大角度到最小角度的變化，曲柄若要實現最大角度與最小角度的變化就要使用精度較好的步進電機進行控制，導致生產成本增加，而滾珠絲桿則通過左右移動連桿來推動搖桿角度的緩慢變化，轉動精度容易控制，可直接使用直流電機進行控制，生產成本低。另外，滾珠絲桿上方通過添加直線導軌來增加其在運動時的導向與支承，防止滾珠絲桿轉動造成連桿左右擺動。吊軌角度控制裝置結構如圖3所示。

圖3 吊軌角度控制裝置結構

2.2 衣物分離裝置設計

衣物分離裝置用于對吊軌傾斜向右側滑動的衣物進行阻擋分離，該裝置利用凸輪的轉動，在不同時刻對兩個分離擋桿逐次進行推動，實現對衣物的逐個分離，其工作原理如圖4所示。

圖4 衣物分離裝置工作原理

當衣物在重力的作用下向右側滑動時，凸輪處于原始位置，左側分離擋桿會對下滑衣物進行阻擋，阻礙衣物的下滑，通過凸輪轉動角度來實現對衣物的分離。凸輪從A 位置轉動到B 位置，左側分離擋桿被凸輪推動打開，衣物可繼續往下滑，直到被右側的分離擋桿阻擋才停止下滑；凸輪從B位置轉動到C位置時，左側分離擋桿回到原位，此時兩側分離擋桿不受力，且都處于阻擋狀態，兩分離擋桿間只會停留一件衣物；凸輪從C位置轉動到D位置時，右側分離擋桿會被凸輪推動打開，兩分離擋桿之間的衣物會往下滑，左側分離擋桿會阻擋剩下的衣物；凸輪從D位置轉動到A位置時，可完成一次衣物分離，也就是凸輪每轉動一圈，就會分離出一件衣物。

為了保證分離裝置一次只分離出一件衣物，要計算出兩分離擋桿間的距離。通過查找資料可知，吊軌所用的配套吊滑輪長度為40～50 mm，吊滑輪長度可取中間值45 mm，兩分離擋桿間距為兩吊滑輪的中心距離，為45 mm，圖5為衣物分離裝置結構的示意圖。

圖5 衣物分離裝置結構

2.3 自動卸衣裝置設計

自動卸衣裝置的作用有兩個：一是阻擋衣物分離裝置分離出來的衣物，使其能停留在此，等待卸衣；二是對阻擋的衣物進行卸衣操作。圖6 為自動卸衣裝置的結構示意圖。

圖6 自動卸衣裝置結構

在衣物開始分離前，自動卸衣裝置在舵機2 的帶動下旋轉90°，與吊軌呈垂直狀態，待衣物分離裝置分離出一件衣物后，其會立刻對后續衣服進行阻擋。機械爪位于吊軌的正下方，由齒輪改裝而成，舵機1 對其進行控制，舵機1 通過帶動齒輪轉動一定的角度，可實現機械爪對衣架兩側按鈕的精準按壓［7］，從而實現卸衣。在卸衣完成后，自動卸衣裝置在舵機2 的帶動下轉動-90°，回到與吊軌呈平行狀態的原位，衣架往右側滑動，卸衣裝置再次轉動90°，與吊軌呈垂直狀態，等待下一件衣物。擋板作為整個裝置的主體，其最前端有一小塊平板，擋板轉動90°后，位于前面的平板會阻擋衣物。機械爪安裝在吊軌下方，便于機械爪卸衣。機械爪是由兩個齒輪改造而成的［8］，因衣架兩側按鈕所需的力不大，使用的傳動比為1。

2.4 衣物折疊裝置設計

衣物折疊裝置的主要功能有兩個：一是利用錯位方式對衣物進行一次折疊，從而優化機械結構；二是利用空氣吸附折疊板對衣物進行折疊［9］，從而保證衣物的平整性。圖7 為衣物錯位對折結構示意圖，圖8為衣物折疊裝置結構示意圖。

圖8 衣物折疊裝置結構

衣物折疊裝置在卸衣前啟動，舵機2轉動-90°，使錯位對折桿與吊軌呈垂直狀態，同時撥動衣物，使衣物從豎直狀變為梯形狀，且會分成兩部分（見圖7）。卸衣啟動時，因衣物在中間有錯位對折桿的支撐，上半部分沒有支撐會自然掉落在錯位對折桿與卸衣裝置間，而下半部分有錯位對折桿的支撐而懸掛在桿上，此時衣物會被對折，懸掛在錯位對折桿上。舵機2 轉動90°，把懸掛在桿上的衣物送到折疊板處，啟動空氣吸附，使衣物緊貼折疊板，滾珠絲桿轉動使衣物隨整個折疊板向右移動，此時衣物從錯位對折桿上逐漸抽出，折疊板移動到最右側，衣物完全脫離錯位對折桿。左側舵機1 轉動180°，帶動左折疊板對衣物進行翻轉折疊后，反轉相同角度回到原位；右側舵機1 轉動-180°帶動右折疊板對衣物進行翻轉折疊后，反轉相同角度回到原位，兩個折疊板依次完成動作，且互不干擾。折疊完畢后，吸氣變為吹氣，衣物在光滑的傾斜面上往下滑動，進入收集裝置，滾珠絲桿反轉，折疊板向左移動，回到原位，等待下一件衣物。

圖7 衣物錯位對折結構

該裝置的折疊板上安裝有兩個滑軌（滑塊滑軌和直線導軌），上方采用滑塊滑軌，下方采用直線滑軌。在兩個導軌的共同作用下，保證折疊板能夠水平移動。折疊板后方安裝有吸氣吹氣機，吸氣時衣物能夠緊貼折疊板，保證衣物的平整性，吹氣時衣物能緩慢下滑至翻轉板上，能夠使衣物從錯位對折桿上脫離。

2.5 衣物收集裝置設計

衣物收集裝置主要對完成折疊后的衣物進行翻轉擺放及收集。衣物翻轉板接收下滑的衣物，翻轉板板末有一小塊突起的擋板用來阻擋下滑的衣物，衣物翻轉板快速翻轉使衣物擺放到收集板上，收集板下方安裝彈簧，每收集一件衣物都會下降一定距離。圖9為衣物收集裝置結構的示意圖。

圖9 衣物收集裝置設計圖

3 結語

本研究基于智能化技術對自動衣物折疊器進行設計，在為人們生活提供便利的同時，也實現了對衣物的全自動折疊及收集，解決平常衣物雜亂、手動折疊衣物工序煩瑣、時間長久等問題。本研究設計的自動衣物折疊器由吊軌角度控制裝置、衣物分離裝置、自動卸衣裝置、衣物折疊裝置、衣物收集裝置等構成。吊軌角度控制裝置采用滾珠絲桿推動連桿來控制角度；衣物分離裝置的凸輪每轉動一圈就會分離出一件衣物；自動卸衣裝置通過機械爪來按取衣架兩側按鈕的方式實現卸衣；衣物折疊裝置采用兩步驟方式對衣物進行折疊，一是錯位掉落對折，優化機械結構，二是吸氣吸附折疊板折疊，保證衣物的平整性；衣物收集裝置采用翻轉擺放及彈簧壓板收集。最后，通過制作實物模型進行組裝演示，試驗結果證明，本研究設計的自動衣物折疊器結構合理、性能穩定、簡單可靠，有較大的市場應用前景。