CN108784225A - 基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统 - Google Patents

基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统 Download PDF

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许晨光
黄珊珊
田丹
孟濬
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Zhejiang University ZJU
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    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47G—HOUSEHOLD OR TABLE EQUIPMENT
    • A47G19/00—Table service
    • A47G19/22—Drinking vessels or saucers used for table service
    • A47G19/2205—Drinking glasses or vessels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations

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Abstract

本发明公开了一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，该系统包括杯体、杯柄、至少一个超声波发生装置及控制单元。所述杯柄包括手持部分和与手持部分连接的可收放部分；所述超声波发生装置安装在可收放部分，能够伸入水杯中和清洗介质充分接触，采用多种扫描方式，通过传递介质传递超声波或通过机械振动带动水杯振动以剥离污渍，完成水杯的清洗，并在清洗结束后收回；所述控制单元包括超声波发生装置控制模块、闭环反馈控制模块、自学习控制模块，控制超声波发生装置产生超声波，以达到清洗目的，降低清洗耗时和/或能耗。同时，该系统通过分析用户的饮用习惯和清洗习惯，可以智能识别主人。

Description

基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统
技术领域
本发明涉及一种利用超声波作用对水杯实现自动清洗功能的技术，尤其涉及一种基于超 声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统。
背景技术
水杯是我们常用的生活用品，经常清洗水杯有利于身体健康，但快节奏的工作、学习与 生活使得人们常常没有时间清洗水杯，或者难以洗干净水杯上残留的污渍，从而造成一定的 健康隐患。
超声波清洗技术是利用超声波在传递介质中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液 体和污物直接、间接地作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。通常把频率为 2×104Hz～109Hz的声波称为超声波。人们习惯上常以工程应用为目的，而不是以听觉为目的， 把某些可听声的应用亦列入超声技术的研究范围。因此，在实际应用中，有些超声技术使用 的频率可能在16kHz以下，而超声波频率的上限是109Hz，整个频率范围相当宽，占据声学 全部频率范围的1/2以上。目前，超声波清洗技术已广泛应用于工业制造、实验室、医疗卫 生等领域，随着技术的进步，一些小型的超声波清洗仪也开始逐渐走进生活，如用于镜片、 果蔬、首饰等的清洗，且与其他清洗方式相比，超声波更能有效地清除污垢。超声波清洗技 术已经在人们的工作、生活中占据着越来越重要的地位。
基于以上背景，本发明设计了一款利用超声波实现自动清洗的水杯，以节约人们清洗水 杯的时间，同时更有效地清洗水杯，具有安全环保、使用方便、适用人群广泛等特点。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自 动清洗系统，包括水杯杯体、杯柄、至少一个超声波发生装置及控制单元；杯柄包括手持部 分和与手持部分连接的可收放部分，超声波发生装置安装在可收放部分，能够伸入水杯中和 清洗介质充分接触，实现水杯的清洗，并在清洗完成后收回；所述控制单元控制超声波发生 装置产生超声波。
进一步地，所述杯柄手持部分具有一段空槽，杯柄可收放部分包括转动连接的杯柄大臂 和杯柄小臂，杯柄大臂与杯柄手持部分转动连接，超声波发生装置安装在杯柄小臂上，杯柄 大臂与杯柄小臂可旋转收回到杯柄上的空槽中。
进一步地，所述超声波发生装置可以采用多种扫描模式，包括：旋转式、直线位移式、 静止式，或者多种方式的任意组合；可以采用多种扫描频率，包括：高频、聚焦、多频、扫频、跳频；通过采用不同的扫描模式和扫描频率以得到不同程度的清洗效果；所述静止式扫描的超声波发生装置自身不发生任何形式的运动，多个超声波发生装置组成超声波阵列，并 交替发射超声波，达到模拟超声波发射源运动的效果。
进一步地，所述超声波发生装置可以通过气体或液体作为传播介质传递振动到水杯杯体， 也可以不需要传递介质，直接与水杯紧密接触，由机械振动直接带动水杯振动以剥离污渍。
进一步地，所述控制单元包括超声波发生装置控制模块，所述超声波发生装置控制模块 包括低层控制端和功率部分，所述低层控制端包括单片机、震荡控制电路、相位检测电路； 所述功率部分包括全桥逆变器、匹配电路；单片机输出1路模拟电压信号和1路模拟电流信 号，这两路信号均连接震荡控制电路；震荡控制电路生成4路PWM信号，并根据模拟电压信 号调整4路PWM信号的相移，根据模拟电流信号调整4路PWM信号的频率；震荡控制电路产 生的4路PWM信号通过全桥逆变器，产生1路可以驱动超声波发生装置的PWM信号；匹配电 路对PWM信号进行调谐匹配，使得输出功率最大；超声波发生装置接收到匹配电路发送的PWM 信号，振动并产生相应频率的超声波；相位检测电路检测进入超声波发生装置的电流和电压 的相位角，并把相位角情况反馈到单片机中，单片机对反馈信号进行处理并控制震荡控制电 路变换输出PWM信号的相移、频率，使超声波发生装置一直工作在最佳状态。
进一步地，所述控制单元还包括闭环反馈控制模块，所述闭环反馈控制模块包括光线传 感器、信号采集器和信号处理单元；通过光线传感器感知水杯在清洗过程中，某单色光线在 清洗介质中的透过率，信号采集器采集不同清洗时刻下的光线透过率，信号处理单元根据光 线透过率随清洗时间的变化情况，判断透过率变化值是否小于设定阈值，来判断水杯是否清 洗干净；
进一步地，所述控制单元还包括自学习控制模块，所述自学习控制模块以工作模式作为 输入，通过对判据进行量化比较，得到最优输出结果；所述工作模式包括组合工作模式与单 一工作模式，组合工作模式即两种及以上微单元组合在一起，而单一工作模式由一种微单元 组成；每种微单元包括多种变量：微单元运行时间、扫描频率、扫描模式；两种工作模式的 耗时Tout和能耗Eout计算公式如式(1)、式(2)所示，当m1、m2、m3……mn完全相同时，是单一工作模式，当m1、m2、m3……mn不完全相同时，是组合工作模式；
Tout＝Tm1+Tm2+Tm3+……+Tmn(1)
Eout＝Em1+Em2+Em3+……+Emn(2)
其中m1、m2、m3……mn代表各个微单元；
所述判据包括光线透过率、耗时Tout和能耗Eout；量化的过程分为水杯出厂前预设置和用 户使用两个阶段；在水杯出厂前预设置阶段，对若干含有污垢的水杯进行多次清洗，每次均 通过闭环反馈控制过程达到清洗目的，同时记录清洗参数，包括微单元运行时间、扫描频率、 扫描模式、耗时Tout和能耗Eout；将每次清洗后得到的耗时Tout和能耗Eout转换成无因次数 OUTPUT，计算公式如式(3)所示：
OUTPUT＝xTout+yEout(3)
其中x、y代表权重系数；
选出具有最小OUTPUT的数据，将其对应的工作模式作为清洗时的最优模式；在用户使 用阶段，用户首次使用或者有特定洗涤需求时，系统对原最优模式进行交叉变异，所述交叉 变异即任意选出一种或多种微单元与原最优模式进行组合，得出一种新的工作模式定义为扩 展模式，作为自学习控制模块的输入进行清洗；将使用扩展模式清洗得到的输出数据OUTPUT-new与原最优模式清洗得到的输出数据OUTPUT-old进行对比，若OUTPUT-new＜OUTPUT-old，则用扩展模式替代原最优模式，作为新的最优模式；OUTPUT-new＞OUTPUT-old，则维持原最优模式不变。通过上述过程，系统进行了自学习，得到了OUTPUT 更小的输出数据。
进一步地，所述自学习控制模块包括云端、通信模块以及用户端；云端接收若干用户端 反馈的清洗数据，将其存放于数据库中，对清洗数据进行统计分析得到最优模式，对最优模 式进行交叉变异，获得扩展模式的控制信息，通过通信模块传递到用户端；用户端接收云端 传递来的扩展模式的控制信息，将控制信息传输到单片机，开始该用户水杯的清洗；并接收 单片机反馈的清洗时刻、微单元运行时间、扫描频率、扫描模式、光线透过率、耗时和能耗 数据，分析该用户的饮用习惯和清洗习惯，并将反馈数据通过通信模块传输到云端。
进一步地，所述云端根据用户端反馈的微单元运行时间、扫描频率、扫描模式、耗时Tout和 能耗Eout，将污垢按清洗难易程度由难到易进行I级、II级、III级、、、N级分级，将I级、II级、III级列为强力洗涤模式，将IV级、V级、VI级列为标准洗涤模式，将VII级至 N级列为轻柔洗涤模式，在数据库里建好相应的文件夹，并根据清洗时刻计算得到的清洗时 间间隔设置子文件夹，此后，每次清洗所得到的清洗参数将自动上传到数据库对应的文件夹里，并在文件夹里存储最优模式；用户清洗水杯时，选择一种洗涤模式，系统根据该用户两次洗涤水杯的清洗时间间隔，从数据库中对应的文件夹里取出最优模式。
进一步地，用户端通过分析用户的饮用习惯和清洗习惯，智能识别判断主人身份，具体 为：按照用户的饮用习惯和/或清洗习惯自动选择洗涤模式，此时用户只需操作水杯上的开关 键即可开始清洗水杯，无需再选择某种洗涤模式；系统检测到用户的饮用习惯和/或清洗习惯 发生变化时通知主人，从而实现防盗、提醒主人清洗水杯、提醒主人喝水；当用户为孤寡老 人时，当老人的饮用习惯和/或清洗习惯发生变化时通知老人的监护人，从而实现老年监护； 通过智能识别判断主人身份，辅助办公室打卡；在检测到主人饮品将要耗尽时，提醒主人进 行饮品购买或针对其爱好的饮品进行广告推销。
本发明的有益效果：本发明设计了一款超声波自动清洗杯，从而使人们可以高效地清洗 水杯，省时省事。
当本发明中的超声波发生装置设置在杯盖上并且为可收放式时，通过旋转式、按动式或 电机式的机械结构可使超声波发生装置伸入水杯中和清洗介质充分接触以提高清洁效率，更 好地实现水杯的清洗，并在清洗完成后收回至杯盖中，节省空间。
当本发明中的超声波发生装置设置在杯柄上并且可收放时，通过弯曲式的机械结构可使 超声波发生装置伸入水杯中和清洗介质充分接触以提高清洁效率，更好地实现水杯的清洗， 并在清洗完成后收回至杯柄中，节省空间。
当本发明中超声波发生装置和控制单元均安装在水杯杯体上，不可拆卸时即为一体式水 杯，此类自动清洗水杯非常便携，可随时随地清洗水杯，适用于任意场景，特别是外出场景 如旅游，不仅方便快捷，还安全环保，多用于个人使用。
当本发明中超声波发生装置和控制单元固定在一起，并与水杯杯体可拆卸连接时，或者 超声波发生装置和水杯固定在一起，并与控制单元可拆卸连接时即为分离式水杯，此时一个 水杯自动清洗系统可以清洗多个水杯，多用于公用场合如校园、办公室、家庭等。
本发明中，洗涤时通过采用不同的扫描模式如旋转式、直线位移式、静止式，或者多种 方式的任意组合，既可以减少驻波，又可以带动杯内水的运动，从而充分地清洗水杯，其中 静止式扫描时多个超声波发生装置可组成超声波阵列，并交替发射超声波，从而达到模拟超 声波发射源运动的效果，带动杯内的水进行搅拌，提升清洗效果。再结合不同的扫描频率如 高频、聚焦、多频、扫频、跳频或者多种方式的任意组合以得到不同程度的清洗效果，其中 利用高频进行超声清洗可去除陶瓷类物体表面的污物，当过滤器等微孔物件在常规超声波清 洗中无法达到清洗效果时采用聚焦式清洗可有效达到清洗效果，多频清洗能有效克服单频清 洗时驻波场的清洗不均匀问题，扫频可解决水杯中不均匀驻波场从而使清洗均匀，跳频则采 用了高低频交替清洗来提高清洗效果。
本发明中的超声波发生装置可以通过气体或液体作为传递介质传递超声波到水杯杯体， 当采用特殊的清洗介质时可提升去污能力，达到更好的洗涤效果；也可以不需要传递介质， 直接与水杯紧密接触，由机械振动直接带动水杯振动以剥离污渍，减少能量在传播过程中的 损失，同时由于机械振动直接带动水杯振动，可以采用比较低的振动频率来达到剥离污渍的 效果。
本发明中，通过自学习过程不断得到耗时和能耗组合更佳的输出数据。系统通过分析用 户的饮用习惯和清洗习惯，还可智能识别判断主人身份。这种智能识别主人的功能具有诸多 优点，如当用户未选择洗涤模式时，系统自动为其选择一种合适的清洗模式，此时，用户就 无需再选择洗涤模式；当水杯被他人使用时，系统可检测到主人的饮用习惯发生了变化，可 通过蓝牙或wifi连接等方式通知主人，达到自动报警的功能；此外，当两次清洗时间间隔超 过主人习惯的清洗时间间隔时便可通知主人，达到提醒主人清洗水杯甚至提醒主人喝水的作 用；当用户为孤寡老人时，可通过蓝牙或wifi连接等方式通知老人的监护人，可达到老年监 护的作用；对于分离式水杯，智能识别主人的功能还能辅助办公室打卡，即企业可统一为全 体员工购买同款水杯，并对其进行编号，使编号与水杯主人身份对应，当清洗水杯时，该清 洗系统能智能识别使用者身份，记录清洗参数、水杯编号等数据，当识别出的使用者身份和 水杯主人身份一致时，可记录员工在岗情况，从而达到辅助打卡的功能。若想对水杯进行升 级，还可通过对用户进行问卷调查或应用大数据库技术对用户进行调查的方式(如通过数据 库得到用户最近购买过某种饮品的数据)得知主人喜爱的饮品类别，在分析洗涤水杯得到的 污垢数据后得知主人饮品耗尽时提醒主人进行饮品购买或针对其爱好的饮品进行广告推销。
附图说明
图1是本超声波自动清洗杯采用一体式，且超声波发生装置位于杯底；
图2是本超声波自动清洗杯采用一体式，且超声波发生装置位于杯壁；
图3是本超声波自动清洗杯采用一体式，且超声波发生装置位于杯盖；
图4是本超声波自动清洗杯采用一体式，且超声波发生装置位于杯柄；
图5是本超声波自动清洗杯采用分离式，且超声波发生装置和控制单元固定在一起，并 与水杯以各种连接方式可拆卸连接；
图6是本超声波自动清洗杯采用分离式，且超声波发生装置和水杯固定在一起，并与控 制单元可拆卸连接(超声波发生装置位于杯底)；
图7是本超声波自动清洗杯采用分离式，且超声波发生装置和水杯固定在一起，并与控 制单元可拆卸连接(超声波发生装置位于杯壁)；
图8是本超声波自动清洗杯采用分离式，且超声波发生装置和水杯固定在一起，并与控 制单元可拆卸连接(超声波发生装置位于杯柄)；
图9是本超声波自动清洗杯采用分离式，且超声波发生装置和水杯固定在一起，并与控 制单元可拆卸连接(超声波发生装置位于杯盖)；
图10是本超声波自动清洗杯的超声波发生装置采用收放式实现清洗功能的示意图(以超 声波发生装置处于杯盖为例)；
图11是一体式超声波自动清洗杯中超声波发生装置位于杯盖且采用旋转式进行收放的 杯盖部分具体示意图；
图12是一体式超声波自动清洗杯中超声波发生装置位于杯盖且采用旋转式进行收放的 杯盖中的升降结构的机械结构平面图；
图13是一体式超声波自动清洗杯中超声波发生装置位于杯盖且采用按动式进行收放的 杯盖部分具体示意图；
图14是一体式超声波自动清洗杯中超声波发生装置位于杯盖且采用按动式进行收放的 杯盖中的自锁回弹装置的机械结构示意图；
图15是一体式超声波自动清洗杯中超声波发生装置位于杯盖且采用按动式进行收放的 杯盖中的升降结构的机械结构平面图；
图16是一体式超声波自动清洗杯中超声波发生装置位于杯盖且采用电机式进行收放的 杯盖部分具体示意图；
图17是一体式超声波自动清洗杯中超声波发生装置位于杯盖且采用电机式进行收放的 杯盖中的升降结构的机械结构平面图；
图18是一体式超声波自动清洗杯中超声波发生装置位于杯柄且采用弯曲式进行收放的 示意图；
图19是超声波发生装置围绕某一轴进行旋转扫描；
图20是超声波发生装置围绕穿过自身的一根轴进行摆动扫描；
图21是超声波发生装置围绕穿过自身的一根轴以一定的倾斜角度进行旋转扫描；
图22是多个超声波发生装置绕水杯中心轴进行旋转扫描；
图23是杯底及(或)杯盖采用直线位移扫描的俯视图；
图24是杯壁及(或)杯柄采用直线位移扫描的侧视图；
图25是静止式超声波发生装置阵列图；
图26是一体式水杯中超声波发生装置紧贴在杯底；
图27是一体式水杯中超声波发生装置紧贴在杯柄；
图28是一体式水杯中超声波发生装置紧贴在杯壁；
图29是分离式水杯中杯体与杯底采用螺纹连接的连接方式示意图；
图30是分离式水杯中杯体与杯盖采用螺纹连接的连接方式示意图；
图31是分离式水杯中杯体与杯底采用嵌套连接的连接方式示意图；
图32是分离式水杯中杯体与杯盖采用嵌套连接的连接方式示意图；
图33是分离式水杯中杯体与杯柄采用嵌套连接的连接方式示意图；
图34是分离式水杯中杯体与杯套采用嵌套连接的连接方式示意图；
图35是分离式水杯中杯体与杯底采用夹扣连接的连接方式示意图；
图36是分离式水杯中杯体与杯盖采用夹扣连接的连接方式示意图；
图37是分离式水杯中杯体与杯柄采用夹扣连接的连接方式示意图；
图38是分离式水杯中杯体与杯底采用铁吸石吸附的连接方式示意图；
图39是分离式水杯中杯体与杯盖采用铁吸石吸附的连接方式示意图；
图40是分离式水杯中杯体与杯柄采用铁吸石吸附的连接方式示意图；
图41是分离式水杯中杯体与杯套采用铁吸石吸附的连接方式示意图；
图42是闭环反馈控制过程的实现流程图；
图43是自学习控制过程数据库的结构示意图；
图44是自学习控制过程的实现流程图；
图45是控制单元结构示意图。
具体实施方式
本发明是基于超声波作用的水杯自动清洗系统，主要由水杯杯体、超声波发生装置、控 制单元及其他附属结构组成，具体结构如下：
1.超声波发生装置的位置
本发明可以通过以下两种结构形式实现：一种是一体式水杯，一种是分离式水杯。
1.1一体式水杯超声波发生装置的位置
一体式水杯即将水杯杯体、超声波发生装置及控制单元合为一体，超声波发生装置及控 制单元固定连接在水杯杯体上，不可拆卸，其优点在于非常便携，可随时随地清洗水杯，适 用于任意场景，特别是外出场景如旅游，不仅方便快捷，还安全环保，多用于个人使用。超 声波发生装置可以放置在杯底，如图1所示；可以放置在杯壁，如图2所示；可以放置在杯 盖上，如图3所示；可以放置在杯柄上，如图4所示；也可以采用组合式，即将以上几种方 式任意组合。
1.2分离式水杯超声波发生装置的位置
分离式水杯即超声波发生装置和控制单元固定在一起，并与水杯杯体可拆卸连接，或者 超声波发生装置和水杯杯体固定在一起，并与控制单元可拆卸连接。在需要清洗水杯时，将 水杯杯体、超声波发生装置、控制单元连接即可，即一个水杯自动清洗系统可以清洗多个水 杯，多用于公用场合如校园、办公室、家庭等。在此基础上，本发明中的超声波发生装置、 控制单元还可以位于水杯杯体的杯底、杯盖、杯柄、杯壁等不同位置上。超声波发生装置、 控制单元可通过各种连接方式连接在水杯的杯底、侧壁、杯柄、杯盖上，如图5-9所示。图 5是超声波发生装置及控制单元作为一体，并与水杯杯体分离，图6-9是超声波发生装置分 别固定在水杯杯体的杯底、杯壁、杯柄、杯盖，并与控制单元分离。
2.超声波发生装置的收放方式
本发明的超声波发生装置可以采用收放式和非收放式。收放式即添加了机械结构使超声 波发生装置可以伸缩自由活动，从而在清洗过程中可伸入水杯中和清洗介质充分接触以提高 清洁效率，在清洗完成后可收回至装置内部，如图10所示。非收放式即超声波发生装置在结 构内部固定，不可伸缩。
2.1杯盖的收放方式
当超声波发生装置位于杯盖时可通过旋转式、按动式、电机式等机械方式进行收放。
2.1.1旋转式
本发明发明了一种基于超声波作用的水杯自动清洗系统，主体结构包括杯盖a和杯体b， 所述杯盖a与杯体b可以通过螺纹旋紧，其间有密封圈可以保证不漏水。
图11-12分别是旋转式的机械结构图。如图11所示，所述杯盖a主要由杯盖顶a.1和杯 盖底a.3构成，两个部分通过螺纹旋紧，且可以保持杯盖底a.3不动时，让杯盖顶a.1旋转一周且不脱落。杯盖顶a.1中安装有电路板a.6，为超声波发生装置a.4提供电信号；杯盖 底a.3中安装有升降结构a.5与超声波发生装置a.4；固定杯盖底a.3不动，旋转杯盖顶a.1， 杯盖顶a.1带动轴承a.2向上运动，从而带动升降结构a.5运动；升降结构a.5通过绳索与 超声波发生装置a.4相连，升降结构a.5运动可以使超声波发生装置a.4下降或者上升。
如图12所示是所述升降结构a.5的平面图。轴承a.2与齿条a.5.5连接，轴承a.2向上 运动带动齿条a.5.5向上运动，齿条a.5.5与第一齿轮a.5.4啮合，第一齿轮a.5.4与第二齿轮a.5.2同第一中心轴a.5.12共同转动，第二齿轮a.5.2与第三齿轮a.5.1啮合，第三齿轮a.5.1与第一转盘a.5.3和第二转盘a.5.14同第二中心轴a.5.13共同转动；第二齿轮a.5.2 同时与第四齿轮a.5.6啮合，第四齿轮a.5.6与第五齿轮a.5.11同第三中心轴a.5.10共同 转动，第五齿轮a.5.11与第六齿轮a.5.9啮合，第六齿轮a.5.9与第三转盘a.5.7同第四中 心轴a.5.8共同转动；齿条a.5.5向上的运动转化为第一转盘a.5.3、第三转盘a.5.7和第 二转盘a.5.14的转动；第一转盘a.5.3、第三转盘a.5.7和第二转盘a.5.14上缠有线缆，每条线缆的末端各挂一个超声波发生装置a.4，共有3个超声波发生装置。第一转盘a.5.3、第三转盘a.5.7和第二转盘a.5.14的转速相同，但半径不同，旋转后可将三个超声波发生装置放到不同的高度。
2.1.2按动式
本发明发明了一种基于超声波作用的水杯自动清洗系统，主体结构包括杯盖c和杯体d， 所述杯盖c与杯体d可以通过螺纹旋紧，其间有密封圈可以保证不漏水。
图13-15分别是按动式的机械结构图。如图13所示，所述杯盖c主要由杯盖顶c.2和杯 盖底c.6组成，两个部分通过螺纹旋紧。杯盖顶c.2中安装有电路板c.3，杯盖底c.6中安装有升降结构c.5与超声波发生装置c.4。按钮c.1下半部为齿条结构，与升降结构c.5中 的齿轮啮合，按钮c.1下方安装自锁回弹装置c.7，自锁回弹装置c.7固定在杯盖底c.6上。 按动按钮c.1会使齿条带动升降结构c.5运转，同时自锁回弹装置c.7自行锁住；再次按动 按钮c.1，自锁回弹装置c.7复位，带动升降结构c.5运转。升降结构c.5通过绳索与超声 波发生装置c.4相连，升降结构c.5运动可以使超声波发生装置c.4下降或者上升。
如图14所示，自动回弹装置c.7主要由按键帽c.7.1、回转外壳c.7.2、回转机构c.7.3、 齿条c.7.4、弹簧c.7.5组成。未按动时，弹簧c.7.5向上顶齿条c.7.4、回转机构c.7.3和 按键帽c.7.1，回转机构c.7.3沿着回转外壳c.7.2的导槽上升到较高的位置，所述回转外 壳c.7.2具有第一导槽和第二导槽，所述第一导槽的深度大于第二导槽，且在两个导槽之间 具有倾斜的过渡段，使得回转机构c.7.3能够在两个导槽之间平稳切换，从而交替卡牢在两 个导槽中；按动按键帽c.7.1，回转机构c.7.3到达回转外壳c.7.2的导槽外时，回转机构 c.7.3会在按键帽c.7.1的齿的作用下旋转，松开按键帽c.7.1，回转机构c.7.3会顺着回转 外壳c.7.2倾斜的过渡段滑进较浅的槽，齿条c.7.4到达最下端并被锁住；再次按动按键帽 c.7.1，回转机构c.7.3到达回转外壳c.7.2导槽外时，会再次在按键帽c.7.1的齿的作用下 旋转，松开按键帽c.7.1，回转机构c.7.3会顺着回转外壳c.7.2倾斜的过渡段滑进较深的 槽，在弹簧c.7.5的作用下，齿条c.7.4到达最上端，回到初始的位置。该结构类似圆珠笔 的按动结构。
如图15所示是所述升降结构c.5的平面图。按钮c.1向下运动带动齿条c.5.5向下运动， 齿条c.5.5与第一齿轮c.5.4啮合，第一齿轮c.5.4与第二齿轮c.5.2同第一中心轴c.5.12 共同转动，第二齿轮c.5.2与第三齿轮c.5.1啮合，第三齿轮c.5.1与第一转盘c.5.3和第 二转盘c.5.14同第二中心轴c.5.13共同转动；第二齿轮c.5.2也与第四齿轮c.5.6啮合， 第四齿轮c.5.6与第五齿轮c.5.11同第三中心同轴c.5.10共同转动，第五齿轮c.5.11与第 六齿轮c.5.9啮合，第六齿轮c.5.9与第三转盘c.5.7同第四中心轴c.5.8共同运动，从而 将齿条c.5.5向下的运动转化为第一转盘c.5.3、第三转盘c.5.7和第二转盘c.5.14的转动。 第一转盘c.5.3、第三转盘c.5.7和第二转盘c.5.14上缠有线缆，每条线缆另一端各挂一个 超声波发生装置c.4，共有3个超声波发生装置。第一转盘c.5.3、第三转盘c.5.7和第二转 盘c.5.14的转速相同，但半径不同，旋转后可将三个超声波发生装置放到不同的高度。
2.1.3电机式
本发明发明了一种基于超声波作用的水杯自动清洗系统，主体结构包括杯盖e和杯体f， 所述杯盖e与杯体f可以通过螺纹旋紧，其间有密封圈可以保证不漏水。
图16-17分别是电机式的机械结构图。如图16所示，所述杯盖e主要由杯盖顶e.1和杯 盖底e.3构成，两个部分通过螺纹旋紧，且可以保持杯盖底e.3不动时，让杯盖顶e.1旋转一周且不脱落。杯盖顶e.1中安装有电路板e.2，为超声波发生装置e.4和升降结构e.5提 供电信号；杯盖底e.3中安装有升降结构e.5与超声波发生装置e.4；升降结构e.5通过绳 索与超声波发生装置e.4相连；通过升降结构e.5的运动，使得超声波发生装置e.4下降或 者上升。
如图17所示是所述升降结构e.5的平面图。电动机e.5.5通过联轴器e.5.4带动第一中 心轴e.5.10转动，第一齿轮e.5.2与第二齿轮e.5.6啮合，第二齿轮e.5.6与第三齿轮e.5.11 同第一中心轴e.5.10共同转动，第三齿轮e.5.11与第四齿轮e.5.9啮合，第四齿轮e.5.9 与第一转盘e.5.7同第二中心轴e.5.8共同转动；第二齿轮e.5.6绕第三中心轴e.5.12转动， 第一齿轮e.5.2与第五齿轮e.5.1啮合，第五齿轮e.5.1与第二转盘e.5.3和第三转盘e.5.14 同第四中心轴e.5.13共同转动；将电动机e.5.5的旋转运动转化为第二转盘e.5.3、第一转 盘e.5.7和第三转盘e.5.14的转动。第二转盘e.5.3、第一转盘e.5.7和第三转盘e.5.14 上缠有线缆，每条线缆的末端各挂一个超声波发生装置e.4，共有3个超声波发生装置。第 二转盘e.5.3、第一转盘e.5.7和第三转盘e.5.14的转速相同，但半径不同，旋转后可将三 个超声波发生装置放到不同的高度。
2.2杯柄的收放式
如图18所示，发明了一种基于超声波作用的水杯自动清洗系统，主体结构包括杯底 20.1、杯体20.2和杯柄20.7。
当超声波发生装置位于杯柄时，可采用弯曲式的机械方式进行收放。具体为：杯柄20.7 上有一段空槽，杯柄20.7上转动连接杯柄大臂20.5，杯柄大臂20.5的末端转动连接杯柄小 臂20.4，杯柄小臂20.4上安装有超声波发生装置20.6；杯柄大臂20.5与杯柄小臂20.4可 旋转收回到杯柄20.7上的空槽中；杯柄小臂20.4上设有凹槽20.3，方便将杯柄小臂20.4拉出。同时，杯底20.1中安装有电路板，来进行智能控制操作以及为超声波发生装置20.6提供电信号。
3.清洗扫描方式
本发明采用一个或多个超声波发生装置进行扫描清洗。超声波发生装置采用不同的扫描 模式和扫描频率以得到不同程度的清洗效果。
3.1扫描模式
超声波发生装置的扫描模式可以是旋转式、直线位移式、静止式，或者多种方式的任意 组合，这样既可以减少驻波，又可以带动杯内水的运动，从而充分地清洗水杯。
旋转式扫描指一个超声波发生装置可以围绕某一轴进行旋转扫描，如图19所示；也可以 绕穿过自身的一根轴进行摆动扫描，如图20所示；还可以绕穿过自身的一根轴以一定的倾斜 角度进行旋转扫描，如图21所示；同时，多个超声波发生装置可以绕水杯中心轴进行旋转， 如图22所示。
直线位移式扫描指超声波发生装置采用直线位移的方式进行来回扫描，以达到清洗目的。 如图23-24所示。
静止式扫描的超声波发生装置自身不发生任何形式的运动，而是固定在某一个点发射出 超声波以清洗污垢。多个超声波发生装置可以组成一个超声波阵列，如图25所示，由软件控 制以间隔发射超声波，形成不同的阵列形式，如1号超声波发生装置发射超声波，其它超声 波发射装置不发射超声波；持续一定时间后1号超声波发生装置关闭，2号超声波发生装置 发射超声波；持续一定时间后，2号超声波发射装置关闭，3号超声波发生装置发射超声波； 持续一定时间后3号超声波发生装置关闭，4号超声波发生装置发射超声波，如此交替发射 超声波，达到模拟超声波发射源运动的效果，从而带动杯内的水进行搅拌，提升清洗的效果。
本发明的多个超声波发生装置组成的超声波阵列可以模拟产生旋转的超声波发射源运 动，也可以模拟产生直线的超声波发射源运动，根据阵列在水杯中的不同位置可以模拟不同 的运动形式，以达到最好的清洗效果。
3.2扫描频率
超声波发生装置可以发出具有恒定频率的超声波，也可以发出频率不断变化的超声波， 再结合不同的扫描模式以实现清洗。具体的频率变化模式有高频清洗、聚焦式清洗、多频清 洗、扫频和跳频清洗等。
高频超声清洗是指利用兆赫兹级别的高频超声清洗技术对表面小至零点几微米的超微污 物粒子进行清洗。在其高频率下空化效应虽丧失作用，但高频压力波的擦洗作用对污物的去 除率接近百分之百。利用高频超声清洗可去除陶瓷类物体表面的污物。
聚焦式清洗目前主要采用低频为主，具有高的声强。过滤器等微孔物件在常规超声波清 洗中无法达到清洗效果，采用聚焦式清洗则可有效达到清洗效果。
多频清洗指在超声波发生装置中安装有两种及以上不同频率的换能器，由多只发生装置 分别推动各自频率的换能器。多频清洗能有效克服单频清洗时驻波场的清洗不均匀问题。
扫频和跳频清洗均可改善清洗时的声场结构。扫频可解决水杯中不均匀驻波场，使清洗 均匀。跳频则采用了高低频交替清洗。
4.超声波通过不同介质传递
本发明中，超声波发生装置可以通过气体或液体作为传递介质传递超声波到水杯杯体， 也可以不需要传递介质，直接与水杯杯体紧密接触，如紧贴在杯底、杯壁、杯盖、杯柄上， 由机械振动直接带动水杯振动以剥离污渍，减少能量在传播过程中的损失。同时由于机械振 动直接带动水杯振动，可以采用比较低的振动频率来达到剥离污渍的效果。
通过气体或液体传递时，超声波发生装置发出的超声波以气体如空气，或以液体如水为 传递介质，将超声波传递到水杯杯体，进而传递到水杯的清洗介质中，如图1至图5所示。
超声波发生装置可以直接与杯体接触，如图26-28为一体式水杯中，超声波发生装置紧 贴在杯底、杯柄、杯壁上。图6-9则分别为在分离式水杯中，超声波发生装置紧贴在水杯杯 底、杯壁、杯柄、杯盖上，在使用的时候，控制单元与含有超声波发生装置的水杯杯底、杯 壁、杯柄、杯盖紧密贴合，即可在工作时直接带动水杯产生振动，以完成清洗过程。
5.分离式水杯的连接方式
用于分离式水杯的连接方式多种多样：超声波发生装置和控制单元固定在一起，可以通 过螺纹连接、夹扣连接、铁吸石吸附连接、嵌套连接等连接方式与水杯杯体相连，或者超声 波发生装置和水杯杯体固定在一起，可以通过螺纹连接、夹扣连接、铁吸石吸附连接、嵌套 连接等连接方式与控制单元相连。不同连接方式的示意图见图29-图41。
其中图29-30为超声波发生装置和控制单元固定在一起分别位于杯底、杯盖上，并通过 螺纹连接的方式分别与水杯杯体相连，且分别在水杯的杯底、杯盖上设有螺纹结构。
图31-34为超声波发生装置和控制单元固定在一起分别位于可拆卸杯底、杯盖、杯柄、 杯套上，并通过嵌套连接的方式分别与水杯杯体相连。此时可采用任意水杯。
图35-36为超声波发生装置和控制单元固定在一起分别位于可拆卸杯底、杯盖上，并通 过夹扣连接的方式分别与水杯杯体相连。此时水杯需在杯底、杯盖处有凹槽从而令夹子夹牢。
图37为超声波发生装置和控制单元固定在一起位于可拆卸杯柄上，并通过夹扣连接的方 式与水杯杯体相连。此时的水杯可采用任意水杯。
图38-41为超声波发生装置和控制单元固定在一起分别位于杯底、杯盖、杯柄、杯套上， 并通过铁吸石吸附连接的方式分别于水杯杯体相连。此时的水杯需在杯底、杯盖、杯壁、杯 壁处安装有铁吸石。
6.清洗功能
水杯有多种清洗功能，如除味、除渍、杀菌、控温等。不同的功能具有不同的超声波频 率、扫描模式，以完成有效清洗。在进行清洗工作时，可根据不同清洁程度要求，选择对应 的清洗模式，以达到所需的清洗效果。
7.自动控制过程
本发明的自动控制过程包含闭环反馈控制过程与自学习控制过程。
7.1闭环反馈控制过程
本发明通过实时记录清洗过程中，某单色光线透过率S的变化情况，得到透过率S与时间 t的曲线图，比较t1、t2时刻所对应的S1、S2，计算得到ΔS＝|S1-S2|，通过比较ΔS是 否小于透过率阈值a，来判断水杯是否清洗干净，从而决定是否结束清洗；光线透过率S的计 算公式如下：
其中I是实时测量的光强度，I0是初始光强度。
由不同运行时间、扫描频率、扫描模式等多种变量构成微单元。工作模式有两种，分别 是组合工作模式与单一工作模式。组合工作模式即两种及以上微单元组合在一起，而单一工 作模式由一种微单元组成。两种工作模式的耗时Tout和能耗Eout计算公式如式(1)、式(2) 所示，当m1、m2、m3……mn完全相同时，是单一工作模式，当m1、m2、m3……mn不 完全相同时，是组合工作模式。
Tout＝Tm1+Tm2+Tm3+……+Tmn (1)
Eout＝Em1+Em2+Em3+……+Emn (2)
其中m1、m2、m3……mn代表各个微单元。
在具体的控制过程中，系统选择一个工作模式作为输入，进行清洗，并实时记录透过率S， 计算ΔS。当ΔS＞a时，继续清洗；当ΔS＜a时，结束清洗，并记录耗时Tout和能耗Eout， 其实现流程图如图42所示。
7.2自学习控制过程
本发明的自学习控制过程可简单概述为以工作模式作为输入，通过对判据进行量化比较， 从而得到最优的输出结果。其中，工作模式包括组合工作模式与单一工作模式；判据包括光 线透过率S、耗时Tout和能耗Eout；量化的过程可分为水杯出厂前预设置和用户使用两个阶段； 最优输出为耗时Tout和能耗Eout两者按不同权重计算相加后得到的最小输出数据。
下面详细阐述量化过程。量化的过程分为水杯出厂前预设置和用户使用两个阶段。
首先在水杯出厂前进行预设置，预设置过程如下：对若干含有污垢的水杯分别进行多次 清洗，每次均通过闭环反馈控制过程达到清洗目的，同时记录清洗参数，包括微单元运行时 间、扫描频率、扫描模式、耗时Tout和能耗Eout。并根据这些清洗参数将污垢按清洗难易程度 由难到易进行I级、II级、III级、、、N级分级，将I级、II级、III级列为强力洗涤模式，将IV级、V级、VI级列为标准洗涤模式，将VII级至N级列为轻柔洗涤模式，在数据库 里建好相应的文件夹，如数据库-洗涤模式-强力-I级污垢文件夹，根据清洗时刻计算得到的 清洗时间间隔，在每级污垢文件夹中设置子文件夹，如数据库-洗涤模式-强力-I级污垢-1天文件夹，如图43所示。此后，每次清洗所得到的清洗参数将自动上传到数据库对应的文件夹里。进行足够多次实验测试以获取到足够多的输出数据后，比较同级污垢所对应的输出数据 耗时Tout和能耗Eout。首先，将每次清洗后得到的耗时Tout和能耗Eout转换成无因次数OUTPUT，计算公式如式(3)所示：
OUTPUT＝xTout+yEout (3)
其中x、y代表权重系数，x、y的取值范围通过足够多次的实验测试获取进行设定。
然后，将具有最小OUTPUT的工作模式作为该级污垢清洗时的最优模式，保存到对应的 文件夹(如大数据库-洗涤模式-强力-I级污垢-1天文件夹)中。
例如x、y的取值经测试分别设定为0.4、0.6，清洗三次水杯得到的耗时Tout和能耗Eout分 别如下表所示，计算其分别的OUTPUT：
表1 OUTPUT计算示例
序号 耗时Tout(秒/S) 能耗Eout(焦耳/J) OUTPUT
1 60 30 42
2 45 45 45
3 30 60 48
根据结果，系统将会把序号1下得到的OUTPUT所对应的工作模式作为最优清洗模式进 行记录。
在用户使用阶段，当用户首次使用或者有特定洗涤需求(不同于平时洗涤习惯)时，可 选择一种洗涤模式(如强力)，系统根据此时刻和上次清洗时刻进行计算(用户首次使用时， 清洗时间间隔按1天计算)，得到用户两次洗涤水杯的间隔时间(如1天等)，再从数据库 中对应的文件夹里(如数据库-洗涤模式-强力-I级污垢-1天文件夹)中取出原最优模式，对 其进行交叉变异，即从存放微单元的文件夹中任意选出一种或多种微单元与最优模式进行组 合替换，得出一种新的工作模式定义为扩展模式，作为自学习控制模块的输入进行清洗，如 图43所示。将使用扩展模式清洗得到的输出数据OUTPUT-new与原最优模式清洗得到的输 出数据OUTPUT-old进行对比，若OUTPUT-new＜OUTPUT-old，则用扩展模式替代原最优模式，作为新的最优模式存放在文件夹中，若OUTPUT-new＞OUTPUT-old，维持原 最优模式不变。同时记录水杯本次清洗时刻和得到的输出数据(记为OUTPUT-old)。通过 上述过程使得系统进行了自学习过程，得到了OUTPUT更小的输出数据。
当用户多次清洗水杯后，便无需选择洗涤模式。系统进行了多次清洗后，便能通过多次 记录得到的光线透过率、清洗水杯的频次、清洗水杯耗时、清洗水杯能耗等数据分析用户的 饮用习惯和清洗习惯。如通过分析记录得到用户的水杯污垢级别数据可推测其爱喝的饮品类 型，或通过分析记录得到用户常用的清洗水杯的清洗时间间隔可推测其清洗习惯。通过对比 分析清洗水杯的以上数据，便可智能识别判断主人身份，从而当用户未选择洗涤模式时，系 统自动为其选择一种合适的洗涤模式。此时，用户就无需再选择洗涤模式，其实现流程图如 图44所示。
这种智能识别主人的功能具有诸多优点，如上所述，可按照主人的饮用习惯和/或清洗习 惯自动选择洗涤模式，此时用户只需操作水杯上的开关键即可开始清洗水杯，无需再选择某 种洗涤模式；另外，当水杯被他人使用时，系统可检测到主人的饮用习惯发生了变化，可通 过蓝牙或wifi连接等方式通知主人，达到自动报警的功能；此外，当两次清洗时间间隔超过 主人习惯的清洗时间间隔时便可通知主人，达到提醒主人清洗水杯甚至提醒主人喝水的作用， 当用户为孤寡老人时，可通过蓝牙或wifi连接等方式通知老人的监护人，可达到老年监护的 作用；对于分离式水杯，智能识别主人的功能还能辅助办公室打卡，即企业可统一为全体员 工购买同款水杯，并对其进行编号，使编号与水杯主人身份对应，当清洗水杯时，该清洗系 统能智能识别使用者身份，记录清洗参数、水杯编号等数据，当识别出的使用者身份和水杯 主人身份一致时，可记录员工在岗情况，从而达到辅助打卡的功能。若想对水杯进行升级， 还可通过对用户进行问卷调查或应用数据库技术对用户进行调查的方式(如通过数据库得到 用户最近购买过某种饮品的数据)得知主人喜爱的饮品类别，在分析洗涤水杯得到的污垢数 据后得知主人饮品耗尽时提醒主人进行饮品购买或针对其爱好的饮品进行广告推销。
另外，本发明的自学习控制过程中所使用的数据库可分两步形成，第一步是在出厂前进 行试验测试形成，第二步是在用户使用过程中形成。出厂前的形成过程见上文描述。用户使 用阶段的形成过程可通过两个维度得到：第一个维度是时间轴维度，即收集同一个用户长期 使用过程中的使用记录，得到输出数据；第二个维度是空间维度，即收集不同用户使用同种 类型水杯的输出数据。联网时将得到的输出数据上传到数据库中。
8.控制结构
如图45所示，为控制单元图。包含超声波发生装置控制模块、闭环反馈控制模块以及自 学习控制模块。其中，超声波发生装置控制模块由低层控制端和功率部分组成。
8.1超声波发生装置控制模块
本发明中的超声波发生装置控制模块，其低层控制端包括单片机、震荡控制电路、相位 检测电路、控制按键、显示屏；功率部分包括全桥逆变器、匹配电路、负载电源。
单片机输出1路模拟电压信号和1路模拟电流信号，这两路信号均连接震荡控制电路；
震荡控制电路生成4路PWM信号，并根据模拟电压信号调整4路PWM信号的相移，根据 模拟电流信号调整4路PWM信号的频率；
震荡控制电路产生的4路PWM信号通过全桥逆变器，产生1路可以驱动超声波发生装置 的PWM信号；
匹配电路对PWM信号进行调谐匹配，使得输出功率最大；
超声波发生装置接收到匹配电路发送的PWM信号，振动并产生相应频率的超声波。
相位检测电路检测进入超声波发生装置的电流和电压的相位角，并把相位角情况反馈到 单片机中，单片机对反馈信号进行处理并控制震荡控制电路变换输出PWM信号的相移、频率， 使超声波发生装置一直工作在最佳状态。
单片机接收控制按键的控制信号，并把相关信息反馈到显示屏进行显示。
当采用多频方式对水杯清洁时，单片机可以分时控制不同频率的超声波发生装置，从而 可以使用不同的频率对水杯进行清洗，达到最好的清洗效果。
本发明的供电采用外接负载电源的方式实现。现阶段可以采用普通接口，通过家用电或 者充电宝对其进行供电，将来也可以采用无线供电以及其它供电方式进行供电。
8.2闭环反馈控制模块
本发明的闭环反馈控制模块包括光线传感器、信号采集器、信号处理单元等。
光线传感器感知水杯在清洗过程中，某单色光线在清洗介质中的透过率，信号采集器采 集不同清洗时刻下的光线透过率，信号处理单元根据光线透过率随清洗时间的变化情况，判 断透过率变化值是否小于设定阈值，来判断水杯是否清洗干净。
8.3自学习控制模块
本发明的自学习控制模块包括云端、通信模块以及用户端。
云端接收若干用户端反馈的清洗数据，将其存放于数据库中，对清洗数据进行统计分析 得到最优模式，对最优模式进行交叉变异，获得扩展模式的控制信息，通过通信模块传递到 用户端；
用户端接收云端传递来的扩展模式的控制信息，将控制信息传输到单片机，开始该用户 水杯的清洗；并接收单片机反馈的清洗时刻、微单元运行时间、扫描频率、扫描模式、光线 透过率、耗时和能耗数据，分析该用户的饮用习惯和清洗习惯，并将反馈数据通过通信模块 传输到云端。
实施例1
若某用户希望拥有一款能随时随地自动清洗的水杯，则其可选择本发明中的一体式水杯。 假设该用户使用的饮品多留下顽固污垢，并且习惯于每隔两天清洗一次水杯。用户清洗水杯 时，首先根据需要，选择所需清洗功能，如“简单清洗、除味、除渍、杀菌、控温”等，并 按下水杯上相应的功能按钮(如简单清洗，且当用户未选择清洗功能时系统默认为简单清洗)。 之后用户再选择所需洗涤模式，如“强力、标准、轻柔”等，并按下水杯上相应的模式按钮 (如强力)。单片机接收到信息后，系统首先根据用户所选清洗功能和洗涤模式将所需的洗 涤模式选择区域定位到数据库对应的子文件夹(如大数据库-简单清洗-强力)中。系统再通 过计算用户上次清洗时刻与本次清洗时刻之间的时间差，得到清洗时间间隔，从数据库对应 的子文件夹(如数据库-简单清洗-强力-三天)中提取出最优模式。再在云端对最优模式进行 交叉变异得到扩展模式，从而控制水杯在扩展模式下进行清洗。清洗过程中记录水杯的光线 透过率随时间的变化，并通过闭环反馈控制过程判断水杯是否清洗干净，若清洗干净，水杯 自动停止清洗，并将本次清洗数据计算得到的OUTPUT上传至数据库对应的文件夹中，再在 云端与原OUTPUT比较判断，确定是否将该扩展模式作为新的最优模式。
此时水杯自动清洗系统中的超声波发生装置和/或控制单元安装在杯底、杯壁、杯盖或杯 柄上，或者以上方式的任意组合。若其位于杯盖上或杯柄上时，可采用收放式或非收放式。
当超声波发生装置位于杯盖上并采用收放式时，又可采用旋转式、按动式、电机式等方 式来达到收放的功能。以按动式为例，用户按下杯盖上的按钮后，自锁回弹装置自行锁住， 同时按钮下半部分的齿条结构带动杯盖中的升降结构运转，从而带动超声波发生装置从杯盖 中逐步下降到水杯杯体内部。又由于升降结构中转盘的大小不同，从而使得转盘上缠有的线 缆伸缩长度不同，继而可使得线缆端部的超声波发生装置处于水杯的不同高度而有利于充分 清洗。清洗结束后，用户再次按动按钮，自锁回弹装置复位，带动升降结构运转，使超声波 发生装置复位，回到杯盖中，从而完成整个清洗过程，得到干净的水杯。
当超声波发生装置位于杯柄上并采用收放式时，又可采用弯曲式来达到收放的功能。用 户通过拉动杯柄上的杯柄小臂处的凹槽将杯柄小臂从杯柄的空槽中拉出，从而带动杯柄小臂 端部的超声波发生装置移动。通过杯柄大小臂之间的旋转可带动超声波发生装置发生位置移 动，使其位于杯体内部的不同高度。当清洗结束后，用户再次拉动杯柄小臂处的凹槽将其旋 转收回到杯柄空槽中，使超声波发生装置也回到杯柄中，从而完成整个清洗过程，得到干净 的水杯。
实施例2
若某用户希望拥有一款轻便的水杯，则其可选择本发明中的分离式水杯。一个分离式水 杯自动清洗系统可以清洗多个不同的水杯，在需清洗水杯时，将水杯杯体、超声波发生装置、 控制单元连接即可，因此更适合用户在家里或者办公室等公用场合使用。分离式水杯中超声 波发生装置可以通过螺纹连接、夹扣连接、铁吸石吸附连接、嵌套连接等连接方式与水杯的 杯盖、杯柄、杯壁、杯底相连。若用户选择了可拆卸杯底式的分离式水杯，并采用嵌套连接 方式契合，则用户清洗水杯时仅需将水杯杯体放入可拆卸杯底中，接通电源后按下按钮即可 开始清洗。清洗过程中超声波发生装置不断产生超声波，对水杯中的污垢进行作用，使水杯 中的污垢被分散、乳化、剥离从而达到清洗的目的。由于用户每次清洗前，水杯内部可能附 着有不同类型、不同厚度、分布不均的污渍，因此可利用控制单元使超声波发生装置产生恒 定频率或不断变化频率的超声波对其清洗，比如针对难清洗的特种污物(如长期积累的茶垢) 可更多地使用高频和聚焦频，针对普通的污物(如日常饮用的纯净水)可更多采用多频、扫 频、跳频等。同时清洗过程中也可结合不同的扫描模式对水杯进行清洗，比如水杯杯壁处有 一块特别难以去除的污渍(如一块黏着于杯壁的果汁残渣)，则可通过控制单元使超声波发 生装置组成一个超声波阵列，从多个角度发射超声波使其对该污渍进行作用。除此之外，在 清洗过程中超声波发生装置也可采用旋转式、直线位移式、静止式，或者多种方式的任意组 合等多种扫描模式对水杯进行清洗。整个清洗过程，通过闭环反馈控制过程判断是否清洗干 净，通过自学习控制过程对清洗模式进行优化，得到最优的清洗效果。当清洗完成后，用户 从可拆卸杯底中取出干净的水杯即可完成整个清洗过程。

Claims (10)

1.一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，包括水杯杯体、杯柄、至少一个超声波发生装置及控制单元；杯柄包括手持部分和与手持部分连接的可收放部分，超声波发生装置安装在可收放部分，能够伸入水杯中和清洗介质充分接触，实现水杯的清洗，并在清洗完成后收回；所述控制单元控制超声波发生装置产生超声波。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述杯柄手持部分具有一段空槽，杯柄可收放部分包括转动连接的杯柄大臂和杯柄小臂，杯柄大臂与杯柄手持部分转动连接，超声波发生装置安装在杯柄小臂上，杯柄大臂与杯柄小臂可旋转收回到杯柄上的空槽中。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述超声波发生装置可以采用多种扫描模式，包括：旋转式、直线位移式、静止式，或者多种方式的任意组合；可以采用多种扫描频率，包括：高频、聚焦、多频、扫频、跳频；通过采用不同的扫描模式和扫描频率以得到不同程度的清洗效果；所述静止式扫描的超声波发生装置自身不发生任何形式的运动，多个超声波发生装置组成超声波阵列，并交替发射超声波，达到模拟超声波发射源运动的效果。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述超声波发生装置可以通过气体或液体作为传播介质传递振动到水杯杯体，也可以不需要传递介质，直接与水杯紧密接触，由机械振动直接带动水杯振动以剥离污渍。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述控制单元包括超声波发生装置控制模块，所述超声波发生装置控制模块包括低层控制端和功率部分，所述低层控制端包括单片机、震荡控制电路、相位检测电路；所述功率部分包括全桥逆变器、匹配电路；单片机输出1路模拟电压信号和1路模拟电流信号，这两路信号均连接震荡控制电路；震荡控制电路生成4路PWM信号，并根据模拟电压信号调整4路PWM信号的相移，根据模拟电流信号调整4路PWM信号的频率；震荡控制电路产生的4路PWM信号通过全桥逆变器，产生1路可以驱动超声波发生装置的PWM信号；匹配电路对PWM信号进行调谐匹配，使得输出功率最大；超声波发生装置接收到匹配电路发送的PWM信号，振动并产生相应频率的超声波；相位检测电路检测进入超声波发生装置的电流和电压的相位角，并把相位角情况反馈到单片机中，单片机对反馈信号进行处理并控制震荡控制电路变换输出PWM信号的相移、频率，使超声波发生装置一直工作在最佳状态。
6.根据权利要求5所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述控制单元还包括闭环反馈控制模块，所述闭环反馈控制模块包括光线传感器、信号采集器和信号处理单元；通过光线传感器感知水杯在清洗过程中，某单色光线在清洗介质中的透过率，信号采集器采集不同清洗时刻下的光线透过率，信号处理单元根据光线透过率随清洗时间的变化情况，判断透过率变化值是否小于设定阈值，来判断水杯是否清洗干净。
7.根据权利要求6所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述控制单元还包括自学习控制模块，所述自学习控制模块以工作模式作为输入，通过对判据进行量化比较，得到最优输出结果；
所述工作模式包括组合工作模式与单一工作模式，组合工作模式即两种及以上微单元组合在一起，而单一工作模式由一种微单元组成；每种微单元包括多种变量：微单元运行时间、扫描频率、扫描模式；两种工作模式的耗时Tout和能耗Eout计算公式如式(1)、式(2)所示，当m1、m2、m3……mm完全相同时，是单一工作模式，当m1、m2、m3……mm不完全相同时，是组合工作模式；
Tout＝Tm1+Tm2+Tm3+……+Tmn (1)
Eout＝Em1+Em2+Em3+……+Emn (2)
其中m1、m2、m3……mm代表各个微单元；
所述判据包括光线透过率、耗时Tout和能耗Eout；量化的过程分为水杯出厂前预设置和用户使用两个阶段；
在水杯出厂前预设置阶段，对若干含有污垢的水杯进行多次清洗，每次均通过闭环反馈控制过程达到清洗目的，同时记录清洗参数，包括微单元运行时间、扫描频率、扫描模式、耗时Tout和能耗Eout；
将每次清洗后得到的耗时Tout和能耗Eout转换成无因次数OUTPUT，计算公式如式(3)所示：
OUTPUT＝xTout+yEout (3)
其中x、代表权重系数；
选出具有最小OUTPUT的数据，将其对应的工作模式作为清洗时的最优模式；
在用户使用阶段，用户首次使用或者有特定洗涤需求时，系统对原最优模式进行交叉变异，所述交叉变异即任意选出一种或多种微单元与原最优模式进行组合，得出一种新的工作模式定义为扩展模式，作为自学习控制模块的输入进行清洗；将使用扩展模式清洗得到的输出数据OUTPUT-new与原最优模式清洗得到的输出数据OUTPUT-old进行对比，若OUTPUT-nww＜OUTPUT-old，则用扩展模式替代原最优模式，作为新的最优模式；通过上述过程，系统进行了自学习，得到了OUTPUT更小的输出数据。
8.根据权利要求7所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述自学习控制模块包括云端、通信模块以及用户端；
云端接收若干用户端反馈的清洗数据，将其存放于数据库中，对清洗数据进行统计分析得到最优模式，对最优模式进行交叉变异，获得扩展模式的控制信息，通过通信模块传递到用户端；
用户端接收云端传递来的扩展模式的控制信息，将控制信息传输到单片机，开始该用户水杯的清洗；并接收单片机反馈的清洗时刻、微单元运行时间、扫描频率、扫描模式、光线透过率、耗时和能耗数据，分析该用户的饮用习惯和清洗习惯，并将反馈数据通过通信模块传输到云端。
9.根据权利要求8所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述云端根据用户端反馈的微单元运行时间、扫描频率、扫描模式、耗时Tout和能耗Eout，将污垢按清洗难易程度由难到易进行I级、II级、III级、、、N级分级，将I级、II级、III级列为强力洗涤模式，将IV级、V级、VI级列为标准洗涤模式，将VII级至N级列为轻柔洗涤模式，在数据库里建好相应的文件夹，并根据清洗时刻计算得到的清洗时间间隔设置子文件夹，此后，每次清洗所得到的清洗参数将自动上传到数据库对应的文件夹里，并在文件夹里存储最优模式；用户清洗水杯时，选择一种洗涤模式，系统根据该用户两次洗涤水杯的清洗时间间隔，从数据库中对应的文件夹里取出最优模式。
10.根据权利要求9所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，用户端通过分析用户的饮用习惯和清洗习惯，智能识别判断主人身份，具体为：
按照用户的饮用习惯和/或清洗习惯自动选择洗涤模式，此时用户只需操作水杯上的开关键即可开始清洗水杯，无需再选择某种洗涤模式；
系统检测到用户的饮用习惯和/或清洗习惯发生变化时通知主人，从而实现防盗、提醒主人清洗水杯、提醒主人喝水；
当用户为孤寡老人时，当老人的饮用习惯和/或清洗习惯发生变化时通知老人的监护人，从而实现老年监护；
通过智能识别判断主人身份，辅助办公室打卡；
在检测到主人饮品将要耗尽时，提醒主人进行饮品购买或针对其爱好的饮品进行广告推销。
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