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(完整word)家用智能叠衣机设计说明书

安徽理工大学第五届机械设计创新大赛

参赛作品设计说明书

作品名称： 家用智能叠衣机设计
设 计 者: 汪兵、李富华、姚峰、张俊翔、包佳仪
指导教师： 程迎松、郭莉
参赛单位: 安徽理工大学

家用智能叠衣机设计说明书
设计者：汪兵，李富华，姚峰，张俊翔，包佳仪
指导教师：程迎松，郭莉
（安徽理工大学，淮南232001）
作品内容简介
本作品一种家用智能叠衣机。它主要是由底座、折叠装置、旋转式抽屉装置、齿轮齿条机构、传感器、伺服电机和控制器组成。结构简单，方便快捷地折叠各种衣服,并可将其自动分类存放，实现叠衣服的智能化。
本作品将多手臂折叠法运用于折叠装置中，通过单片机编程控制舵机转动,进而驱动折叠手臂旋转。独创性地采用旋转式抽屉装置，通过传感器识别衣服种类，电机驱动旋转架，实现了衣物自动分类存放。抽屉通过移动副与旋转架相连接，巧妙地使用齿轮齿条机构,齿轮齿条啮合运动，通过电机带动抽屉移动，实现了抽屉的自动弹出和收回功能。
1. 研制背景及其意义
随着国民经济水平的的提高,人们生活节奏的加快，越来越多的人没有时间来照料自己的生活，日常生活中，叠衣服是非常频繁而且琐碎的工作，人们主要是依靠自己手动叠衣，没有合适的自动化装置进行叠衣.
对于上班族来说,工作压力越来越大,因而对家务投入的时间越来越少,大部分人不愿意亲自去整理衣物.如衬衫是众多职业办公室必备单品,最能体现职场的精明干练，而衬衫的折叠要求极高,人手动折叠,易褶皱，很难其回归本来面容。
对于我们大学生来说，课程越来越多，学业越来越繁重.每天在自习室和图书馆埋头苦学，好不容易抽出时间把衣服收了,叠衣服又是一个让我们头疼的事情。叠的不整齐还不如不叠,而且当衣服的数量比较多的时候也是相当费时费力.
对于失去自理能力的老年人和残疾人来说，整理衣物更是一件十分不易的事。
叠衣服的好处多多呀，比如说看起来整齐干净,能养成好习惯，节约空间，面积小了可以减少受到污染的几率，而且可以及时找到需要的衣物.但是花大把时间去叠衣服却是极其郁闷的事。
目前，从一方面来说，市场上出现了折叠板来折叠衣服，但仍需人手动叠衣服，所以不是最理想的替代方式。从另一个方面来说，市场上虽然有一些代替做家务的高科技智能机器人，但他们普遍造价昂贵，使用方法复杂，修理困难，所以很难得到普及。因此市场急需一种价格便宜、操作简单、维修方便、效率较高的机器人作为生活助理,为他们解决家务上的某些不便。
为了解决这一生活中的小麻烦，借着这次“第五届机械创新设计大赛”的休闲娱乐机械和家庭用机械的设计和制作这一主题，我们便设计制作了经济型家用智能叠衣机可以满足上述需要，解决这些困难。本作品提供了一种家用智能叠衣机,能方便快捷地折叠衣服,并可将其自动分类储存。
2. 设计方案
2。1 折叠装置部分设计
将多手臂折叠法运用于折叠装置中，该装置由上支撑板、折叠板、L型架、舵机和舵机架组成，L型架长端与折叠板相固连，其短端与舵机输出轴通过花键连接，舵机通过螺钉固定于舵机架,舵机架安装于上支撑板上。
如图所示，图1是折叠装置结构示意图，图2是折叠装置的实物照片。

图1 折叠装置结构示意图

图2折叠装置的实物照片
2.2旋转式抽屉装置结构设计
轴承安装于下支撑板定位轴上,轴承套于旋转架中心孔内，旋转架尾端设有万向轮，旋转架可以绕下支撑板定位轴旋转。电机通过电机固定支架固定于定位杆，电机输出轴与旋转架通过平键连接,从而驱动旋转架旋转，抽屉置于旋转架上方,通过移动副连接,抽屉可在旋转架上径向移动
如图所示，图3是的蜗轮电机固定，图4旋转架结构示意图，图5为旋转式抽屉实物照片。

图3 蜗轮电机固定

图4 旋转架位置关系图

图5 旋转式抽屉装置实物照片
2。3衣服自动识别及分类储存设计
上支撑板设有三个定位孔,光电传感器分别安装于定位孔内,衣服置于折叠板上,通过衣服遮住不同位置的光电传感器,向控制器输入不同的信号，从而实现衣服的自动识别功能.在上支撑板下和方定位杆前方固定有传感器支撑架，四个光电传感器对称固定于传感器支撑架下端，不同抽屉尾端的外挡板上方设有不同位置的两个U型槽,由识别衣服种类的传感器向控制器输入信号,控制器控制伺服电机转动，驱动旋转架旋转，旋转架带动抽屉圆周运动，当抽屉外板上的两个U型槽分别于与传感器支撑架上传感器的其中两个相对应时,传感器向控制器输入反馈信号，伺服电机停止转动。不同种类的衣服对应不同的抽屉，从而实现了衣服自动识别及分类存放.
如图所示,图6识别衣服种类的光电传感器位置分布图，图7存放不同种类衣服抽屉的旋转定位.

图6 识别衣服种类的光电传感器位置分布图

图7存放不同种类衣服抽屉的旋转定位
2。4 抽屉自动弹出与收回部分设计
导轨固定于下支撑板前端,伺服电机通过伺服电机架固定于导轨上，齿条与导轨相对齐并固定于下支撑板,伺服电机输出轴与齿轮通过花键连接，齿轮齿条啮合，当衣服放满抽屉时，传感器支撑架上传感器向控制器输入信号，控制器控制伺服电机转动,齿轮齿条啮合运动，伺服电机沿导轨移动，伺服电机架上挡片带动抽屉向外移动，拿出衣服后，伺服电机反向转动,抽屉收回，从而实现了抽屉自动弹出与收回功能。
如图所示，图8导轨定位的定位，图9齿轮齿条啮合运动

图8 导轨定位的定位

图9 齿轮齿条啮合运动
3. 理论设计计算
设计参数：
齿轮 m=1，z=10;齿条m=1，z=106； 轴承 代号6004；
舵机 型号CDS5500xx,最大扭矩：16Kgf·cm，转速：最高0。16s/60°输出转速，输入电压范围：DC6。8V～14V;
蜗轮电机 型号：GW31ZY，电压:DC12V,空载转速：14r/min，负载转速： 10.5r/min输出扭矩:30kg。cm,额定电流：1.7A，重量：0。38kg
叠衣机参数：90×90×24cm
理论计算：
舵机驱动齿轮最大扭矩力:F1=16Kgf·cm/5cm=3。2kgf=3.2x9。8=31。36N
齿轮齿条啮合运动推动抽屉移动最大推力F1=31。36N
如图所示，图10为旋转架
旋转架转动所需最小扭矩:G=5kg,l=38cm,f=0.4,F=Gxf=2N， 扭矩<（G+f)xl=26.6kg.cm

图10 旋转架
4. 工作原理及性能分析
本设计主要运用了机械传动原理和可编程控制技术，其中抽屉自动弹出与收回运用了齿轮齿条机构，衣服的分类存放运用了电机驱动旋转架的原理，衣服的折叠装置和衣服自动识别设计是通过微程序控制的。具体工作原理如下：

图10 旋转架

衣服分类存放装置的原理：如图所示，旋转架（4）通过定位轴（1）固定于下支撑板,蜗轮电机驱动旋转架(4）旋转，并在旋转架安有轴承（2）与万向轮（3）用滚动摩擦代替滑动摩擦以减小旋转时带来的摩擦阻力，旋转架上凹槽与抽屉构成移动副使抽屉实现沿导轨移动。

图11 抽屉自动弹出与收回结构示意图

抽屉自动弹出与收回装置原理：如图 所示，导轨（1）与齿条(5）相对齐并固定于下支撑板，伺服电机架(2）将伺服电机（4)固定于导轨（1）上，伺服电机（4）输出轴与齿轮（3）通过花键连接，齿轮（3）齿条(5）啮合，伺服电机(4）转动，带动齿轮(3）齿条(5）啮合运动，驱动伺服电机（4）在导轨（1）上移动，伺服电机架（2）上挡片带动抽屉径向往返移动。

图 12程序架构图
衣服置于折叠装置上，光电传感器采集信号,通过衣服遮住不同位置的光电传感器,实现衣服种类的自动识别折叠。单片机控制蜗轮电机转动,驱动旋转架旋转，通过不同抽屉的U型槽位置与光电传感器相对应，从而自动选择定位存放不同衣服的抽屉，实现衣服的分类存放。当抽屉衣服放满时,抽屉自动弹出与收回。
5. 创新点及其应用
1。 将多手臂折叠法运用于折叠装置中，同时实现了叠上衣和裤子的功能.
2。 独创性采用旋转式抽屉装置，可有效的自动快速分类储存衣物。
3. 巧妙地使用齿轮齿条机构，通过电机驱动抽屉移动，实现了抽屉的自动弹出和收回功能.
本作品采用手臂折叠法，可有效的快速折叠各种衣服，并可自动分类储存衣物.而且结构设计简单、机构设计巧妙、性能稳定好、实用性强、制造成本低等优点，可广泛推广于家庭、公寓、旅店以及各种大型宾馆等相应场合，必将为日常生活带来诸多便捷。
6. 作品实物照片

图12作品总体实物图

参考文献
［1] 王成军，沈豫浙。应用创造学[M].北京：北京大学出版社,2010
[2] 濮良贵。机械设计(第七版)[M]。北京：高等教育出版社，2001
［3］ 姚宪华、梁健宏主编.创意之星:模块化机器人创新设计与竞赛[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010
［4] 高博．叠衣板．国家知识知识产权局,2010,201020654133.8