一款多功能智能書柜的設計與應用★

劉 旭

（山西機電職業技術學院，山西 長治 046011）

1 研究背景

隨著社會的發展和經濟的繁榮，人們對生活上的質量有了更高的要求，智能家具成了提升生活質量的首選。住房問題已是當今的熱門話題，由于現在房屋價格居高不下，導致購房者在選購房屋時，小戶型成為首選，擺上各種家具以后，就會變得擁擠不堪。尤其是當家里來客人時，狹小的空間使主人倍顯尷尬。為了使更多人體驗到高質量生活，設計了集書架、桌子、單人床、雙人床等功能于一體的智能書柜，為用戶省去了擺放家具所占用的大量空間，并且智能化的設計使操作更為簡便，方便了人們的生活[1]。

2 研究現狀

進入21 世紀，中國扎堆出現了智能家居研發和制造企業。以家電產品的智能化為主，智能家居開始建立市場營銷、技術培訓體系，智能家具以組合智能的形式出現。2011 年以來，中國智能家具市場開始回暖，智能家具的品種和形式越來越豐富，智能家具產品開始進入融合演變時期，中國家具正式進入智能化時代。2020 年以后，行業并購現象開始成為主流，中國智能家具的發展步伐將會隨著新時代特征，進入到新的快速發展時期。但在家用智能書柜方面還沒有形成典型產品，該書柜設計很好地彌補了這一方面的空白[2]。

3 智能書柜的組成和功能

3.1 折疊桌子設計

書桌利用自動定位系統，平時處于折合狀態，當要使用書桌時，通過語音控制，書柜將自動轉換為書桌形態，省略了傳統的桌腿，使得桌子能夠收放自如，節約空間。書桌自動定位結構，如圖1 所示。

圖1 書桌自動定位機構

3.2 單人床設計

單人床床身嵌在書架下方，與整個柜體保持同一平面，使用時只需語音控制便可使電機啟動，放平單人床。

3.3 書柜旋轉機構設計

整個書柜安裝在一個可以任意移動的支撐座上，該支撐座通過4 個萬向輪實現任意移動，并且在箱體的底面上設有U 型輔助軌道，使書柜有一個固定的旋轉路徑，書柜在移動時，軸承與輔助軌道相配合，可將書柜從箱體中抽出、旋轉，最后通過語音智能控制實現雙人床的功能[3]。

3.4 雙人床設計

將書柜沿著U 型輔助軌道旋轉180°，以書柜底座支撐軸為中心，繞其翻轉，通過語音控制床體緩慢放下。簡單快捷的智能設計使書柜在整體結構不變的基礎上實現雙人床的功能。

4 工作原理及性能分析

在原有書柜設計理念的基礎上，為了方便廣大消費者，設計團隊設計了智能書柜，本作品集書架、桌子、單人床、雙人床的功能于一體，空間利用最大化，智能控制最大化，解決了現在人們生活質量的問題[4]。書桌安裝在單人床的夾層里，桌腿則是采用折疊定位桌腿機構安裝在桌面夾層里，當使用書桌時桌腿由橫向變成縱向，支撐起桌面，書柜的正面即出現了一個書桌；通過聲控將書桌折疊收起，使之收回到床板夾層里，利用語音或遙控控制固定轉軸即可將床板自由翻出，將床腿支起，即可實現單人床的功能；書柜利用萬向輪和軌道的配合實現旋轉，將書柜旋轉180°，即可實現雙人床的功能，雙人床支撐機構采用相對反向傾斜的兩個平面相重合，來保證床腿的穩定性；還可通過語音或遙控控制床身，從而達到輔助人起身的功能。智能書柜，不僅節省了大量資源與空間，而且智能化讓人們的使用更加便捷，方便了用戶的生活，提升生活質量。整體設計效果圖如圖2 所示。

圖2 整體設計效果圖

5 整體結構有限元分析

通過有限元軟件HyperMesn 建立智能書柜的有限元模型（見圖3），在軟件Optistruct 進行模態分析，找出書柜的剛度薄弱點。

圖3 有限元分析模型

通過模態分析云圖（見圖4、圖5）的效果可以看出，書架整體的剛度較高，可以很好地滿足日常的使用，但是在書桌上的剛度不高，需要加強厚度，以便更好地使用。

圖4 模態分析三階、五階（MPa）云圖

圖5 模態分析八階、十階（MPa）云圖

6 應用前景

本設計憑借著其獨特的思維視角，成功實現了從普通的書架，到桌子、單人床、雙人床等功能的轉變，把智能家居的理念展現得淋漓盡致。環比國內同類產品，本創意在其應用領域里具有明顯的優勢，如占用空間更小、更實用、更智能化、更具人性化等。智能書柜能適用于大多數小戶型住宅，尤其對經濟實力較弱的群體，具有很強的推廣性和應用價值。