基于語音控制的可變形升降物聯(lián)智能桌設(shè)計與制作

雍志成 賀毅 王麗垚 李磊 胡藝馨

[摘 ? ?要]隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)逐漸進(jìn)入人們的視野，結(jié)合當(dāng)今科技的發(fā)展趨勢，小巧型的多功能家具是小戶型業(yè)主的最佳選擇，將“物聯(lián)”技術(shù)應(yīng)用于家具開發(fā)，打造多功能、可折疊的智能家具成了解決這類問題的一個有效方案。首先分析了升降折疊桌的發(fā)展趨勢，綜合考慮了當(dāng)前市場需求、用戶類型和使用場地等各方面因素。然后，對自動升降折疊桌的控制系統(tǒng)的功能需求及控制要求進(jìn)行分析，完成了自動升降折疊桌的總體設(shè)計方案。同時，對該智能桌的主要創(chuàng)新機構(gòu)進(jìn)行介紹說明。本項目設(shè)計的多功能升降折疊桌為緩解用戶住房空間緊張的問題起到了積極作用，可滿足用戶的較高生活體驗需求，具有一定的實用性和現(xiàn)實意義。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng);多功能;可折疊;小戶型;智能家具

[中圖分類號]V22 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–00–03

Design and Manufacture of Deformable Lifting Table Based on Voice Control

Yong Zhi-cheng，He Yi，Wang Li-yao，Li Lei，Hu Yi-xin

[Abstract]With the rapid development of economy， the Internet of Things has gradually come into people's version. In the context of the present era， the small and multi-functional furniture become the best choice for small apartment owners， we apply the technology of "Internet of Things" into furniture’ design， creating a multi-functional， foldable and intelligent furniture to solve such problems. Firstly we analyzes the development trend of the foldable and automatic rising-lowering table， considering important factors such as the current market needs， customer type and using space . Then， we analyze the functional requirements and control requirements of the control system of the automatic rising-lowering folding table. At the same time， the main innovative mechanism of the intelligent table is introduced. The multi-functional lifting folding table designed in this paper plays a positive role in alleviating the problem of housing space tension， and meet the needs of users for higher life experience， which has certain practicability and practical significance.

[Keywords]internet of things; multifunctional; foldable; mini apartment; intelligent furniture

隨著，第四次工業(yè)革命的來臨，人們對于體驗高新技術(shù)的渴望正在日益增強。而多功能智能家具正好迎合了人們在家具領(lǐng)域?qū)τ诳萍嫉淖非?。因此，桌子這樣傳統(tǒng)家居的智能化，給了多功能、可升降折疊的桌子很大的市場空間。所以，希望開發(fā)出一種綠色節(jié)能安全的升降式多功能可變形智能桌，努力用創(chuàng)新來降低成本，最大程度地利用智能桌提高對空間的有效使用率以及創(chuàng)新設(shè)計，滿足人們對高品質(zhì)生活水平的追求。

1 可變形桌子國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國外工業(yè)化和城市化起步比我國早而且發(fā)展程度也高，但導(dǎo)致了許多發(fā)達(dá)國家城市空間狹小，這也使得其設(shè)計師要更多地關(guān)注那些能有效利用空間的升降伸縮式家具研究。

我國升降伸縮桌雖在前人基礎(chǔ)上不斷地繼承與發(fā)展，但是在設(shè)計創(chuàng)新和概念設(shè)計方面和國外還存在較大的差距，目前升降伸縮桌還相對單調(diào)，折疊形式缺乏新意。近些年來，不管是宏觀的社會環(huán)境還是微觀的家具從業(yè)人員對升降伸縮桌創(chuàng)新意識的淡漠，是造成目前國內(nèi)此類桌子慘淡現(xiàn)狀的主要原因。如今小戶型的流行以及對于空間需求的增加，勢必會給我國今后升降伸縮桌的設(shè)計與發(fā)展帶來極大的影響。

2 智能桌的功能與要求指標(biāo)

2.1 安全系數(shù)要符合要求

多功能智能桌在使用時無論是收縮形態(tài)還是拓展形態(tài)都有多人聚集在旁邊，在一些特定的情況如展開速度過快、角度過大等情況下，很容易使人受到傷害。所以，考慮到使用的場景和使用次數(shù)的特殊，安全性是設(shè)計時需要考慮的最為重要的因素。

2.2 滿足使用者日常行為需求的功能性要求

多功能智能桌設(shè)計的目的是為了讓小戶型居民能充分利用客廳面積的同時享受智能化帶來的便捷。如：直接語言控制或利用手機APP遠(yuǎn)程控制餐桌的形態(tài)，大幅降低人力消耗。

2.3 符合標(biāo)準(zhǔn)化要求

對于多功能智能桌的設(shè)計，在尺寸、結(jié)構(gòu)、外形設(shè)計和零件等方面的選擇，在驅(qū)動系統(tǒng)中動力來源的選擇及設(shè)計上，應(yīng)該遵循相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，參照對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行機構(gòu)和結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在保障完整性、可靠性和安全性的前提下，盡可能提高經(jīng)濟性。

3 智能桌的工作原理

升降式多功能可變形智能桌的主要機構(gòu)分為運動執(zhí)行機構(gòu)與動力分配機構(gòu)，運動執(zhí)行機構(gòu)包括螺桿升降機構(gòu)、上層扇形桌面展開機構(gòu)以及下層扇形桌面展開升降機構(gòu)，且這三大機構(gòu)可分別獨立運動，以分別實現(xiàn)上層扇形桌面的伸縮、下層扇形桌面的伸縮升降以及桌面高度的調(diào)節(jié)。動力分配機構(gòu)包括上部離合器和下部離合器，下部離合器用于選擇下部受驅(qū)動對象（螺桿升降機構(gòu)或傳動軸），上部離合器用于選擇上部受驅(qū)動對象（上部扇形桌面展開機構(gòu)或下部扇形桌面展開升降機構(gòu)）。

3.1 螺桿升降機構(gòu)

螺紋升降機構(gòu)將齒輪傳動與絲杠傳動相結(jié)合，左端通過聯(lián)軸器將電機軸與絲杠一端直接連接，兩端通過安裝絲桿支撐座來固定絲杠，中間法蘭螺母與絲杠螺紋配合，法蘭螺母與螺母座固定，由電機直接傳動絲杠帶動法蘭螺母，來實現(xiàn)升降所需要的直線運動。

其中，中間為一級齒輪傳動，該輪系中有1個較大的中心原動輪和2個較小的對角的從動輪組成，傳動比為3∶4，中心齒輪受驅(qū)動帶動對角小齒輪實現(xiàn)加速效果，并進(jìn)行功率分流。2個對角齒輪分別與2個法蘭螺母固定，2根絲杠與上層的桌面固定。當(dāng)中心齒輪受驅(qū)動帶動對角齒輪時，對角齒輪與法蘭螺母同步轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動絲杠執(zhí)行上下直線運動，以實現(xiàn)桌面高度的調(diào)節(jié)。

3.2 上層扇形桌面展開機構(gòu)

智能桌主動力源只有1個，在1個動力源的驅(qū)動下實現(xiàn)多種運動，且存在主桌面與拓展桌面高度不一的問題，該智能桌采用空間凸輪與連桿機構(gòu)對其加以解決。

空間凸輪、連桿與上部旋轉(zhuǎn)板固定，固定在頂層桌面下的滑動支柱在空間凸輪上滑動，單向轉(zhuǎn)動便可以使上層扇形桌面展開并與頂層桌面對齊，反向轉(zhuǎn)動便可恢復(fù)初始狀態(tài)，如圖1所示。

3.3 下層桌面展開機構(gòu)

如圖2和圖3所示，下層扇形桌面展開機構(gòu)主要由圓柱凸輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、齒輪傳動機構(gòu)、連桿機構(gòu)組成，其中旋轉(zhuǎn)板通過螺栓與旋轉(zhuǎn)凸臺固定。

金屬桿與旋轉(zhuǎn)凸臺通過M8的螺紋配合，金屬桿穿過旋轉(zhuǎn)凸臺一側(cè)與圓柱凸輪的槽配合，即下層與扇形桌面一同升降的部件都由金屬桿支撐，并隨金屬桿在圓柱凸輪上升槽滑動時升降。

金屬桿卡在套在圓柱凸輪外面的圓柱套筒卡槽里，圓柱套筒的凸邊與小齒輪配合，即小齒輪轉(zhuǎn)動會帶動金屬桿轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使下層扇形桌面伸縮。

動力由圓柱凸輪輸入，撥盤與圓柱凸輪同轉(zhuǎn)，撥盤圓柱銷初始位置為即將進(jìn)入槽輪徑向槽。

圓柱凸輪與撥盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動，槽輪內(nèi)凹鎖止弧被撥盤外凹鎖止弧卡住而不再轉(zhuǎn)動，故金屬桿不再轉(zhuǎn)動，隨著圓柱凸輪的轉(zhuǎn)動，金屬桿進(jìn)入上升槽，下層扇形桌面上升，圓柱凸輪再轉(zhuǎn)動1/2周后，金屬桿進(jìn)入上部水平槽，下層桌面達(dá)到最高與主桌面對齊，如圖4所示。

3.4 動力分配機構(gòu)

離合器主要由電機、絲杠、法蘭螺母、撥叉以及千層板組成，主要原理是中間千層板受驅(qū)動進(jìn)行轉(zhuǎn)動，撥叉與法蘭螺母固定插入千層板的中層，與絲杠配合的法蘭螺母變會產(chǎn)生垂直位移，故使撥叉與千層板上下移動。

3.4.1 下部離合器

下部離合器千層板受驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，當(dāng)千層板向上移動時，長軸插入可旋轉(zhuǎn)板1，驅(qū)動螺桿升降機構(gòu);當(dāng)千層板向下移動時，長軸插入可旋轉(zhuǎn)板2，驅(qū)動傳動軸將動力輸送給上部離合器。

3.4.2 上部離合器

上部離合器千層板受傳動軸驅(qū)動進(jìn)行轉(zhuǎn)動，由電機驅(qū)動絲杠使法蘭螺母、撥叉以及千層板上下移動。當(dāng)千層板上移時，短軸插入可旋轉(zhuǎn)板3，驅(qū)動上層扇形桌面展開機構(gòu);當(dāng)千層板下移時，短軸插入可旋轉(zhuǎn)板4，驅(qū)動下層扇形桌面展開升降機構(gòu)。

4 智能桌電路控制

4.1 藍(lán)牙裝置

該智能桌采用鏈傳動，通過步進(jìn)電機的傳動將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，實現(xiàn)桌面的升降和展開、收縮。藍(lán)牙模塊采用高性能主從一體的藍(lán)牙模塊HC-05，如圖5所示。

4.2 手機APP端

本作品具有配套使用的APP，APP能夠讓智能桌的使用更加便捷智能。

手機APP與藍(lán)牙模塊的連接示意圖，如圖6所示。

4.3 可變形物聯(lián)智能桌的語音控制系統(tǒng)

該智能桌選用STMF103C8T6芯片作為主控芯片，語音控制模塊采用LU-ASR01，控制語音模塊通過串口輸出高低電頻、脈沖信號。基本實現(xiàn)邏輯如圖7所示。

5 結(jié)語

隨著社會的高速發(fā)展，各種新型技術(shù)、材料紛紛應(yīng)用于家具領(lǐng)域，賦予了家具更多的功能特征，由此引爆了多功能家具的發(fā)展。面對多功能家具的魅力，越來越多的消費者將被其吸引，也將由此帶動多功能智能桌的市場需求，未來的家具市場中多功能智能桌也必定會占據(jù)一席之地[1]。同時，受到市場需求的影響，升降式多功能可變形智能桌在未來將朝著更經(jīng)濟、更環(huán)保、更美觀多樣化的方向發(fā)展，其發(fā)展前景也非常樂觀。

參考文獻(xiàn)

[1]楊向東.智能升降餐桌的設(shè)計與制作研究[J].機械工程師，2019（8）：71.