衣物整理收納一體化裝置設(shè)計

尹顯輝，丁 頌，王佳敏，劉晚霞

(長春師范大學(xué) 工程學(xué)院，吉林 長春 130032)

隨著人工智能的發(fā)展，智能家具更多的出現(xiàn)在人們的視野中，更多的家庭裝修融入智能元素，智能衣柜更是其中必不可少的一環(huán)。目前，國內(nèi)外的智能衣柜側(cè)重于管理系統(tǒng)的軟件平臺設(shè)計，現(xiàn)有的智能衣柜更多的是智能家具中的一環(huán)，功能單調(diào)，需要人力整理，無法協(xié)助人們搭配，且價格昂貴。衣物整理收納一體化裝置通過自動整理、自動收納、自動搭配、自動防護，能較好地解決衣物收納過程中存在的問題。

1 總體設(shè)計方案

衣物整理收納一體化裝置如圖1所示，由整理系統(tǒng)1、搭配系統(tǒng)2、收納系統(tǒng)3、防護系統(tǒng)4組成，當(dāng)裝置接收衣物后，通過按鈕控制機械手夾持衣物，氣泵傳動控制機械手沿水平運動，滾筒控制衣物平整，精準定位到折疊裝置上方承載板，通過控制按鈕，承載板進入折疊裝置，折疊裝置中兩個Y方向軸，一個X方向軸進行繞軸180°旋轉(zhuǎn)運動，整理好的衣物由傳送裝置根據(jù)衣物種類傳送至收納區(qū)或旋轉(zhuǎn)平臺。衣物放入裝置前將進行編號，并輸入APP，通過控制器可查看衣物儲存位置并進行搭配。傳感器對裝置內(nèi)溫度、濕度等條件進行實時監(jiān)測，PLC通過傳感器的數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)裝置內(nèi)環(huán)境[1-3]。該裝置實現(xiàn)了整理、收納、搭配、防護于一體，操作簡便方便。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

衣物整理收納一體化裝置通過慧魚模型進行搭建設(shè)計實驗，采用旋轉(zhuǎn)、傳動、伸展、平移等傳動結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)智能化折疊收納衣物。

2.1 衣物整理系統(tǒng)設(shè)計

整理系統(tǒng)包括鋪平、傳送、折疊三部分，鋪平部分如圖2所示，由氣泵1、滾筒2、滾軸絲杠3、兩個機械手4組成；折疊部分如圖3所示，由直流電機1、折疊板2、承載板3、夾緊裝置4組成。當(dāng)衣物放入裝置，機械手夾緊衣物，氣泵控制滾軸絲杠帶動機械手沿Y軸在滾筒下水平運動，鋪平衣物褶皺；傳送裝置將鋪平衣物定位在折疊裝置上方，承載板攜帶衣物進入折疊裝置，直流電機控制兩個Y方向軸，一個X方向軸做繞軸180°旋轉(zhuǎn)運動，完成衣物整理。承載板上的夾緊裝置實現(xiàn)對衣物的定位、固定、夾緊，防止出現(xiàn)衣物甩飛或折疊不規(guī)整的現(xiàn)象。

2.2 衣物收納系統(tǒng)設(shè)計

收納系統(tǒng)共劃分為三個收納區(qū)，分別位于裝置的下層、上層、和旋轉(zhuǎn)收納區(qū)，如圖4所示，旋轉(zhuǎn)收納區(qū)包括3個長條可伸縮晾衣架1、超聲波傳感器2、旋轉(zhuǎn)齒輪轉(zhuǎn)盤3、步進電4組成。衣物傳送至收納系統(tǒng)，收納系統(tǒng)程序啟動，根據(jù)衣物類型分別儲存于上層收納區(qū)、下層收納區(qū)或旋轉(zhuǎn)收納區(qū)。旋轉(zhuǎn)收納區(qū)共3個長條可伸縮晾衣架，每兩個中間角度為120°，底部裝有旋轉(zhuǎn)齒輪轉(zhuǎn)盤，由步進電機控制，固定在上層1/4處(即前部)，該旋轉(zhuǎn)平臺可實現(xiàn)XOY平面360°旋轉(zhuǎn)，通過程序控制將3個晾衣架其中一個旋轉(zhuǎn)至正前方，方便取放衣物。衣服收納系統(tǒng)中設(shè)置有多個收納格，使用者可根據(jù)自身喜好將衣物分類收納。在每個收納格中裝有超聲波傳感器，通過超聲波傳感器檢測收納格中是否空置或承載板與收納格前壁、左壁、右壁的距離。

2.3 衣物搭配系統(tǒng)設(shè)計

在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用APP Inventor 2開發(fā)一款藍牙連接APP。搭配系統(tǒng)與手機APP相結(jié)合，如圖5所示，通過天氣搭配諸多方案，避免許多衣物被遺忘，也可以自主的在APP上進行搭配，搭配好的效果圖將投射在裝置的顯示面板上，直觀的呈現(xiàn)出來，同時將搭配好的衣物在機械手和旋轉(zhuǎn)收納區(qū)的配合的下自動拾取，準確的將其送至用戶手上。APP用來實現(xiàn)衣服搭配，不影響衣物整理收納一體機的運行，APP的加入豐富用戶體驗，滿足了用戶的個性化需求。

2.4 衣物防護系統(tǒng)設(shè)計

防護系統(tǒng)以Mega 2560作為核心處理器，其電路圖如圖6所示，具有溫濕度檢測、火災(zāi)報警、EOP電滲透系統(tǒng)檢測的硬件系統(tǒng)，及時監(jiān)測衣物整理收納一體機內(nèi)環(huán)境。溫濕度檢測使用濕溫度體感器代替室內(nèi)溫度計實時檢測裝置內(nèi)溫度和濕度的變化；火災(zāi)報警裝置安裝在裝置外壁上，由火焰?zhèn)鞲心K和蜂鳴器組成，通過火焰?zhèn)鞲心K檢測到異常火源，蜂鳴器響起示警[4-5]。EOP電滲透系統(tǒng)依據(jù)液體電滲透原理，控制裝置產(chǎn)生一系列的低壓脈沖電荷通過正極和負極形成的電磁場將裝置內(nèi)毛細孔、毛細管的水分子電離,迫使電離后的水分子永久地朝著負極方向排走，裝置內(nèi)永久、徹底地保持干燥。同時,能大大降低內(nèi)部空氣的濕度，防止墻壁返潮、發(fā)霉,保護衣物免遭潮濕的侵害。

3 運動原理分析

衣物整理收納一體化裝置由四個系統(tǒng)組成，各個系統(tǒng)之間相互聯(lián)系，同時獨立工作，每一個系統(tǒng)都由一個控制面板控制，通過計算機將程序?qū)肟刂泼姘澹儆煽刂泼姘鍖ο到y(tǒng)進行指令控制，使各個系統(tǒng)完成相應(yīng)工作。

當(dāng)裝置啟動，衣物置于平鋪裝置的承載板時，機械手夾持衣物兩角，兩滾輪母線繞中心軸線轉(zhuǎn)動，將衣物固定平鋪，承載板帶著已折疊好衣物在履帶軌道上進行平移運動，傳送到折疊位置，由電機控制折疊進行旋轉(zhuǎn)完成折疊工作，在通過軌道傳送至收納區(qū)或通過升降裝置使衣物通過豎直運動傳至上層部分，由機械手配合四角位置的舵機將衣物進行抓取和各個方向的平移運輸工作。搭配系統(tǒng)可通過APP控制任意部分進行獨立運行。與此同時，整個裝置內(nèi)的溫度傳感器和濕度傳感器在裝置啟動的同時全程監(jiān)控裝置內(nèi)部環(huán)境，發(fā)現(xiàn)異常，及時調(diào)整。收納完成后，裝置返回初始狀態(tài)。

4 總結(jié)

衣物整理收納一體化裝置的設(shè)計打破傳統(tǒng)的衣柜理念，將衣物整理這件生活瑣事簡單化、智能化。解決了當(dāng)前快節(jié)奏生活方式下人們無暇整理衣物、搭配衣物等問題，節(jié)省了這些瑣事耗費的大量時間，同時布局合理，收納效果更好，節(jié)省空間，再也不用擔(dān)心衣柜雜亂、衣服找不到、不會搭配衣服等問題，提高生活質(zhì)量，完善生活品質(zhì)。