自动伸缩式晾衣架创新设计结构介绍及工作原理

 常见问题     |      2021-05-25 11:37
随着经济社会的快速发展以及科学技术的日新月异,人们的生活质量得到了不断地提高。人们对生活便捷性、舒适性等的不断追求,也促使越来越多的高科技、智能化生活用品出现在生活中。而同时,随着生活节奏的加快,也为人们带来很多烦恼。如对上班族,或者当我们出门在外时,往往会面临在雨天或太阳暴晒之时不能及时把所晾晒衣物收回的问题。衣物被淋雨或者被暴晒,不仅会损坏衣物,降低衣物寿命和质量,更影响了我们的生活,如出行等。目前,人们所使用的晾衣架多为传统晾衣架,或者仅能实现升降而不能随外界环境变化及时收回衣物,这显然不能满足人们生活的实际需求。市场上已有的智能晾衣架通常只能实现简单的水平或垂直伸缩变化,并未实现完全的自动化和智能化,且有一定的操作要求,对一些少年或老年人的人性化设计不够。根据调查,家庭主妇中仅有38%的智能晾衣架用户认为现在的智能晾衣架人性化程度很好。鉴于此,基于菱形四连杆机构,综合应用传感器检测技術、单片机控制技术等创新设计出一款自动伸缩升降晾衣架,不仅实现晾衣架在雨天或暴晒等情况下的自动伸缩回收衣物,也实现了晾衣架的自动升降,方便使用者取放衣物,具有很强的实用价值。
        1.自动伸缩升降晾衣架技术简介
        自动伸缩升降晾衣架主要涉及菱形四连杆机构、传感器检测技术、单片机控制技术,下面分别对其作简要介绍。
        1.1 菱形四连杆机构
        菱形四连杆机构属于连杆机构,其由两根中间铰接,可在平面内相互转动的连杆组成。两连杆作为机构折叠变化的对象,铰点约束连杆的变化,折叠过程既连杆围绕铰点旋转,最后达到指定位置。组合菱形四连杆机构常用于剪叉式升降机,可展收机构中,具有承载力大,结构简单易实现等特点。
        1.2 传感器检测技术
        传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。光照传感器是一种用于检测光照强度的传感器,温湿度传感器是一种用于检测温度量和湿度量的传感器,它们可将光照强度、温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号。
        1.3 单片机控制技术
        单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。单片机控制技术在工业控制领域广泛应用,其核心技术是单片机控制系统的设计。单片机控制技术随着材料科学、工艺技术、计算机技术的发展与进步,电路系统向着集成度极高的方向发展。
        2.自动伸缩升降晾衣架的工作原理、组成及工作模式
        2.1 晾衣架的工作原理
        自动伸缩升降晾衣架基于菱形四连杆机构,利用组合菱形四连杆机构可伸缩的特点,将其作为实现晾衣架伸缩功能的主要机械部件。温湿度传感器和光照传感器作为晾衣架的“眼睛”,主要用于监测外部环境的变化,并将信息传递给晾衣架的“大脑”单片机控制器。当天气骤变下雨或者太阳暴晒等时,温湿度传感器和光照传感器将检测到的信号数据发送给单片机,单片机发出指令驱动直线步进电机运行,进而通过伸缩菱形四连杆实现在雨天或暴晒等情况下的自动伸缩回收衣物。当使用者需要晾晒或者收回衣物时,单片机可以控制升降装置收紧或者放松钢丝绳,进而通过钢丝绳拉动挂衣杆,使升降菱形四连杆收缩或伸展,实现晾衣架的自动升降,方便使用者取放衣物。
        2.2 晾衣架的组成及工作模式
        自动伸缩升降晾衣架主要包括机械系统和控制系统两部分。如图1所示为晾衣架的结构简图。
        机械系统主要包括:直线步进电机、升降装置、基座、伸缩菱形四连杆、滑轮、钢丝绳、升降菱形四连杆、挂衣杆等。晾衣架基座通过膨胀螺丝来固定在墙壁上。伸缩菱形四连杆右端下部铰接于基座,伸缩菱形四连杆右端上部通过滑块与基座连接,连杆与滑块铰接,滑块与基座凹槽形成移动副,滑块在直线步进电机的驱动下在基座凹槽内滑动,实现菱形四连杆机构的伸缩,即图1所示的晾衣架结构简图。
        衣架的伸缩。钢丝绳的一端与挂衣杆连接,一端接于升降装置(即钢丝绳收放装置)。单片机控制升降装置收紧或者放松钢丝绳,使升降菱形四连杆收缩或伸展,实现了晾衣架的自动升降,方便使用者取放衣物。晾衣架采用铝合金材质。铝合金易于加工,可制成各种型材、板材,抗腐蚀性能好,密度低,强度较高,采用铝合金材质有利于减轻晾衣架自身的重量,同时有利于节约成本,易于加工制造。控制系统主要包括单片机控制器、温湿度传感器、光照传感器等。单片机采用ATMEL公司的AT89C52,温湿度传感器采用DHT11,光照传感器采用TSL2561。
        自动伸缩升降晾衣架主要具有两种工作模式:自动控制模式和人工操作模式。在自动控制模式中,晾衣架根据温湿度传感器和光照传感器实时采集的外部天气环境信息来对晾衣架的伸缩进行自动化控制。如果当前光照强度良好,晾衣架的直线步进电机会带动晾衣架进行伸展,而当晾衣架完全伸展时,单片机会向直线步进电机发出停止指令以停止晾衣架的伸展。如果天气骤变下雨或者太阳暴晒时,直线步进电机会驱动晾衣架进行收缩,而当晾衣架完全收回时,单片机会向直线步进电机发出停止指令以停止晾衣架的收缩。在晾衣架伸展或收缩时,单片机也会实时控制升降装置,调整挂衣杆的高度,方便人们晾晒衣物和收回衣物。在人工操作模式中,使用者通过按下“伸展”或者“收缩”按钮来控制衣架的伸缩状态,通过“升高”或者“降低”按钮来调整挂衣杆的高度。
        3.创新点及展望
        自动伸缩升降晾衣架实现了在雨天或暴晒等情况下自动回收衣物,使得无人在家自动完成衣服晾晒成为可能,它极大地便捷了人们的生活,特别是对于广大上班族,提高了他们对快节奏生活方式的适应能力。其主要创新点在于:①实现智能化的晾晒衣物,实现在雨天或暴晒等恶劣天气情况下衣物的自动回收。②实现晾衣架自动“伸缩”和“升降”的综合:该晾衣架不仅能够实现自动回收衣物,同时能够自动调节晾衣架高度,方便使用者收放衣物,特别是老年和儿童使用者,人性化程度较高。展望未来,我们相信晾衣架的自动化、智能化程度一定会越来越高,会更加完美的为人们地美好生活服务。
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