CN111394961A

CN111394961A - 一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置

Info

Publication number: CN111394961A
Application number: CN202010186726.4A
Authority: CN
Inventors: 黄晨峻; 陈哲吾; 李树建; 郑中华; 魏霄儒
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2020-07-10

Abstract

本发明公开了一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，包括机械装置部分、环境感知部分和控制系统部分，所述机械装置部分包括晾晒衣物的机械结构，所述环境感知部分包括各种感应和定位模块，用于感知机械装置部分周围的环境；所述控制系统部分包括控制设备，用于接收环境感知部分的信号，并控制机械装置部分完成相应的动作。本发明克服了现有晾衣装置无法根据环境的变化来改变其运转工况以及依靠人力晾晒的缺陷，提升了晾衣装置的智能化和人性化，而且衣架部分的设计可以减少占用室内空间和充分利用阳光，大大提高了衣物的晾晒速率和效率。

Description

一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置

技术领域

本发明属于智能家居技术领域，涉及到晾衣装置，具体涉及一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置。

背景技术

晾晒衣物是人们日常生活中的一部分，对于一些居住在老旧小区和乡镇的人而言，通过较大面积的空地可以实行便捷的室外衣物晾晒，而新建小区居民则更多通过公寓中安装的晾衣架得以实现。随着经济社会的不断发展，城镇化进程日益加快，城镇居民也日益增多，晾晒问题也开始突出。

通过比较，我们发现传统的晾衣架和方法中存在一系列的缺陷。传统的晾衣架包括室外固定式、窗外固定式、室内手摇升降式等。

室外固定式晾衣架，由几根钢管搭成各种支架的形状，结构简便，但是非常占据空间，同时可以晾晒的衣物数量有限，是对土地资源的浪费，而且影响公共区域。

公寓室外固定式晾衣架，虽然能使衣物充分晒到阳光，但是当下雨和刮大风时需要及时收取衣物，而且收取衣物时需要撑杆辅助，同时晾晒衣物需要将身体伸出窗外，有一定的危险性，非常不便利。

室内手摇式升降晾衣架，缺点在于无法使晾晒衣物接受充分的阳光，且需要人力来控制晾衣架升降；阳台内侧的阳光不够充分，如果多根杆同时晾晒，后侧杆上的衣物所受到阳光照射就更加少，不利于杀菌和晒干。

综上所述，现有技术中存在的主要问题如下：

(1)室外固定式晾衣架占用公共区域。

(2)公寓室外固定式晾衣架在晾晒衣物时具有危险性，同时需要人力。

(3)室内手摇式升降晾衣架无法使晾晒衣物接受充分的阳光，且需要手摇而且占用室内空间。

(4)几乎所有晾衣架都无法通过环境感知来实现不同的晾衣动作。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，克服了现有晾衣装置无法根据环境的变化来改变其运转工况以及依靠人力晾晒的缺陷，提升了晾衣装置的智能化和人性化，而且衣架部分的设计可以减少占用室内空间和充分利用阳光，大大提高了衣物的晾晒速率和效率。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，包括机械装置部分、环境感知部分和控制系统部分，所述机械装置部分包括晾晒衣物的机械结构，所述环境感知部分包括各种感应和定位模块，用于感知机械装置部分周围的环境；所述控制系统部分包括控制设备，用于接收环境感知部分的信号，并控制机械装置部分完成相应的动作。

进一步地，所述机械装置部分包括水平平移结构、升降运动结构和水平旋转结构；所述水平平移结构通过动力源及传动机构使机械装置部分整体进行水平向的伸缩运动，使装置伸出阳台范围，使衣物便于阳光照射晾晒；所述水平旋转结构通过动力源和传动机构使机械装置部分由阳台内侧旋转至阳台外侧，使晾晒衣物实现阳光的充分晾晒杀菌；所述升降运动结构控制水平旋转结构进行升降运动，便于衣物的晾晒。

优选地，所述水平平移结构包括一个第一步进电机、两个第一同步带轮、一条第一同步带、同步带传动配合耳片、滑轨、滑轨固定角铁；所述滑轨通过滑轨固定角铁固定在天花板墙体上，并使除滑轨外的装置通过滑轨的伸缩伸出阳台范围；所述第一同步带轮与第一同步带相匹配，并与固定在铝型材上的同步带传动配合耳片连接，用于使装置整体通过同步带的传动带动滑轨进行水平向平移运动，使装置伸出阳台范围；所述第一步进电机与第一同步带轮相连接，用于带动第一同步带轮传动。

优选地，所述升降运动结构包括一个第三步进电机、四条钢绳、四个水平向定滑轮、四个竖直向定滑轮、一个钢绳绞盘、铝型材；所述第三步进电机用于驱动钢绳绞盘进行旋转运动；所述钢绳绞盘用于将钢绳缠绕起来，并通过第三步进电机控制钢绳的自由长度，以实现控制水平旋转结构进行升降运动；所述钢绳通过水平向定滑轮和竖直向定滑轮进行二次变向，并与碳纤维方管连接；所述水平向定滑轮和竖直向定滑轮通过不锈钢L型90度固定角码与铝型材进行连接固定，从而实现钢绳的变向。

优选地，所述铝型材采用“风筝”形结构搭建，外层为四根铝型材搭建的长方形结构，内层再由四根铝型材“井”字搭建，使电机能固定在铝型材上，同时所述八个定滑轮也固定在铝型材上；所述铝型材框架与固定在天花板墙体上的滑轨固定连接。

优选地，所述水平旋转结构包括一个第二步进电机、四个第二同步带轮、一条第二同步带、吊轮导轨及其配合吊轮、碳纤维支撑板、碳纤维方管；所述第二同步带轮中的一个用作主动轮，由第二步进电机进行驱动，带动第二同步带进行传动，其余三个第二同步带轮用作从动轮；所述吊轮在吊轮导轨上运动并与晾衣架配合，使晾晒衣物随着吊轮在导轨上做由阳台内侧传动至阳台外侧的水平旋转运动；所述碳纤维方管用于与钢绳连接配合，碳纤维方管的两端与吊轮导轨固定，升降时钢绳将传动力作用在碳纤维方管上，使水平旋转结构整体进行升降运动；所述碳纤维支撑板用于固定第二步进电机以及第二同步带轮。

优选地，碳纤维支撑板固定第二步进电机和第二同步带轮的固定方式采用在碳纤维板打孔后用塞打螺栓紧固件进行固定，且第二同步带轮的从动轮能在塞打螺栓光杆上自由旋转。

优选地，所述环境感知部分包括雨滴传感模块、太阳辐射光敏传感模块、风速传感模块、GPS定位模块、湿度传感器模块和拉力传感器模块；

所述雨滴传感模块采用多块分布式放置，以此来避免偶然雨滴降落而导致的误判；

所述太阳辐射光敏传感模块采用多块分布式放置，以此来避免因偶然而导致传感器被遮挡所引起的误判；

所述风速传感模块放置在较高且空旷的位置，用于测量风速；

所述GPS定位模块放置于阳台外部，用于确定装置所处地理位置和时间，以此来判断所处位置的早晚时间；

所述湿度传感器分别设置于阳台外侧和水平旋转结构处，用于判断空气湿度以及衣服干湿程度；

所述压力传感器安置于升降运动结构处，用于判断是否有衣物在装置上以及衣服的干湿程度。

优选地，所述控制系统部分包括单片机核心板、红外遥控器、语音模块、按键模块、稳压模块和升压器；所述单片机核心板用于接收环境感知部分的信号，并根据该信号通过程序算法智能的判定当前的天气情况，再根据当前的天气情况控制电机完成晾衣服或者收衣服动作，是整个装置的控制核心；所述红外遥控器用于用户向单片机核心板发送控制信号，所述控制系统部分接收红外遥控器所发送的信号，并根据该信号完成相应的动作；所述语音模块用于识别人类所发出的语音命令；所述按键模块用于完成按键功能，所述稳压模块用于将电压稳定成所需要的电压；所述升压器用于输出需要的电压，给电动机供电。

优选地，所述稳压模块输出DC3.3V给语音模块、按键模块和环境感知部分供电；所述升压器输出DC24V电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过环境感知系统和控制系统综合判断外部环境，实现了衣物的自动晾晒；并结合机械装置的平移旋转复合运动，以更简单的机械结构，在有限的结构空间和外部环境条件下实现了衣物的最佳晾晒效果。

(2)本发明克服了现有晾衣装置无法根据环境的变化来改变其运转工况以及依靠人力晾晒的缺陷，提升了晾衣装置的智能化和人性化，而且衣架部分的设计可以减少占用室内空间和充分利用阳光，大大提高了衣物的晾晒速率和效率。

(3)自动化程度高，安全系数大大提高。

附图说明

图1是本发明所提供的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置的结构组成示意图。

图2是本发明实施例所提供的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置中机械装置部分的三维结构示意图。

图3是本发明实施例所提供的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置中机械装置部分的主视图。

图4是本发明实施例所提供的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置中机械装置部分的俯视图。

图5是本发明实施例所提供的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置中机械装置部分的右视图。

图6是本发明实施例中水平旋转结构的结构示意图。

图7是本发明实施例中水平平移结构、升降运动结构的三维结构示意图。

图8是图7的俯视向结构示意图。

图9是图7的仰视向结构示意图。

图10是控制系统的原理流程图。

附图标记说明：1、滑轨固定角铁；2、滑轨；3、竖直向定滑轮；4、铝型材；5、红外线照射灯；6、第一步进电机；7、太阳能发电板；8、钢绳；9、碳纤维方管；10、第二步进电机；11、第二同步带；12、吊轮导轨；13、碳纤维支撑板；14、第二同步带轮；15、第三步进电机；16、第一同步带轮；17、第一同步带；18、同步带传动配合耳片；19、钢绳绞盘；20、水平向定滑轮。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明公开了一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，包括机械装置部分、环境感知部分和控制系统部分，所述机械装置部分包括晾晒衣物的机械结构，所述环境感知部分包括各种感应和定位模块，用于感知机械装置部分周围的环境；所述控制系统部分包括控制设备，用于接收环境感知部分的信号，并控制机械装置部分完成相应的动作。

具体地，如图2所示，所述机械装置部分包括水平平移结构、升降运动结构和水平旋转结构；所述水平平移结构通过动力源及传动机构使机械装置部分整体进行水平向的伸缩运动，使装置伸出阳台范围，使衣物便于阳光照射晾晒；所述水平旋转结构通过动力源和传动机构使机械装置部分由阳台内侧旋转至阳台外侧，使晾晒衣物实现阳光的充分晾晒杀菌；所述升降运动结构控制水平旋转结构进行升降运动，便于衣物的晾晒。

实施例

一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，各个组成部分的具体结构分别如下：

如图3-5、图7-9所示，所述水平平移结构包括一个第一步进电机6、两个第一同步带轮16、一条第一同步带17、滑轨2、滑轨固定角铁1、同步带传动配合耳片18。所述滑轨2通过滑轨固定角铁1固定在天花板墙体上，并能使装置除滑轨外的整体通过滑轨的伸缩来实现将装置伸出阳台范围，使衣物得到更好地阳光照射晾晒；所述第一同步带轮16及第一同步带17用来进行同步带传动，并与固定在铝型材4上的同步带传动配合耳片18连接，使装置整体通过同步带的传动带动滑轨进行水平向平移运动，从而使装置能伸出阳台范围。所述水平平移结构在智能控制方面能通过语音控制、红外遥控控制和按键控制进行传动控制，并且设置有雨滴传感、风速传感和太阳光敏传感，能根据环境的变化智能判断并控制整体晾衣装置是否伸出阳台进行衣物的晾晒以及判断及控制整体晾衣装置是否收回阳台内从而及时避免大风大雨将衣物刮走和打湿。滑轨2之间设有太阳能发电板7，用于给自动晾衣装置提供电能。

由图3-5、图7-9所示，所述升降运动结构包括一个第三步进电机15、四条钢绳8、四个水平向定滑轮20、四个竖直向定滑轮3、一个钢绳绞盘19、及“风筝”形铝型材4固定框架；所述第三步进电机15用于驱动钢绳绞盘19进行旋转运动；所述钢绳绞盘19用于将钢绳8缠绕起来，并通过第三步进电机15控制钢绳8的自由长度，以实现控制水平旋转结构进行升降运动；所述钢绳8通过水平向定滑轮20和竖直向定滑轮3进行二次变向，并与碳纤维方管9连接；所述水平向定滑轮20和竖直向3定滑轮通过不锈钢L型90度固定角码与铝型材4进行连接固定，从而实现钢绳8的变向；所述铝型材4搭建方式采用“风筝”形结构搭建，外层为四根铝型材搭建的长方形结构，内层再由四根铝型材“井”字搭建，使电机能固定在铝型材上，同时所述八个定滑轮也固定在铝型材上；所述铝型材框架与固定在天花板墙体上的滑轨2固定连接，使装置整体具有紧凑性以及可靠的稳定性。所述升降运动结构在智能控制方面，能通过语音控制、红外遥控控制、按键控制和远程终端控制来进行传动控制，并且设置有雨滴传感和风速传感，当检测到外部环境下雨和刮大风时能自动控制电机将水平传动部分提升至顶端。

如图3-6所示，所述水平旋转结构包括一个第二步进电机10、四个第二同步带轮14、一条第二同步带11、吊轮导轨12及其配合吊轮、支撑电机及固定同步带轮轴的碳纤维支撑板13、碳纤维方管9；所述第二同步带轮14之一做主动轮，由第二步进电机10进行驱动，带动第二同步带11进行传动，其余三个同步带轮做从动轮；所述第二同步带11采用特制加挡块同步带，且每个挡块间距为20cm，挡块中心打孔，从而可使吊轮通过扎带与挡块连接，从而使吊轮在导轨上与同步带进行同步运动；所述吊轮在吊轮导轨12上运动并与晾衣架配合从而使晾晒衣物能随着吊轮在导轨上做由阳台内侧传动至阳台外侧的水平旋转运动；所述碳纤维方管9用于与钢绳8连接配合，方管两端与导轨固定，升降时钢绳8将传动力作用在碳纤维方管9上，使水平旋转结构机械装置整体进行升降运动，同时碳纤维方管9提升了吊轮导轨12的稳定性；所述碳纤维支撑板13用于固定水平旋转结构的第二步进电机10以及第二同步带轮14，固定方式采用在碳纤维板打孔后用塞打螺栓紧固件进行固定，且同步带轮从动轮能在塞打螺栓光杆上自由旋转。所述水平旋转结构在智能控制方面，能通过语音控制、红外遥控控制、按键控制和远程终端控制，并通过微处理器设置有定时模块，每间隔一定时间能自动将阳台内侧衣物传动至阳台外侧，使衣物晾晒更加均匀，同时能通过人为控制将较难晾晒的衣物通过传动至阳台外侧晾晒。

由图10所示，所述环境感知部分包括雨滴传感模块、太阳辐射光敏传感模块风速和传感模块。所述雨滴传感模块能智能识别是否下雨，进而控制步进电机是否将水平旋转结构和升降运动结构回收至阳台范围内来避免雨水打湿晾晒衣物；所述太阳辐射光敏传感模块能智能识别环境阳光辐射强度，进而控制步进电机是否将水平旋转结构和升降运动结构伸出至阳台范围外使衣物接受阳光的晾晒杀菌；所述风速传感器能智能识别环境风力大小，进而控制步进电机是否将水平旋转结构和升降运动结构回收至阳台范围内来避免衣物被强劲的风力吹落；所述GPS定位模块能通过定位以及时间识别早上和晚上，辅助系统判断环境情况并进行晾衣和收衣的实施与动作。所述湿度传感器，能智能识别晾衣装置周围湿度情况，从而辅助系统判断湿度值，当判断为潮湿的“回南天”以及大雾天等，可控制红外线照射灯5开启来进行主动晾晒以及衣物的杀菌消毒。所述拉力传感器，能感知水平旋转结构的重量变化情况，从而辅助系统感知水平旋转结构是否有衣物晾晒，当检测到衣架上有衣服放置且水平旋转结构长时间未升至顶端时，系统会自动触发，同时系统还可根据传感器测量晾晒衣物的重量变化来进行衣物干湿程度的判断，从而来控制水平旋转结构的工作。

如图10所示，所述控制系统部分包括单片机核心板、红外遥控器、语音模块、按键模块、稳压模块和升压器。

所述单片机核心板，用于接收环境感知部分的信号，并根据该信号通过程序算法智能的判定当前的天气情况，再根据当前的天气情况控制电动机完成晾衣服或者收衣服动作，是整个装置的控制核心。上述语音交互传感模块能智能识别人类发出的语音命令，例如：收衣服，晾衣服，晒衣服，旋转等，通过不同的语音命令执行相应电机的驱动命令，控制不同的机械部分实现不同工况的运转，进而实现该晾衣系统的多功能化；上述升压器，用于输出DC24V电压，给电动机供电。上述稳压模块，用于将电压稳定成所需要的电压，输出DC3.3V给语音模块、按键模块和环境感知部分供电。所述红外线遥控传感模块能接受通过遥控器发射的遥控命令，进而控制三种型号的电机从而根据人类需求的工况进行相应的控制运动。上述红外遥控器，用于用户向上述单片机核心板发送控制信号，所述控制系统部分接收红外遥控器所发送的信号，并根据该信号完成相应的动作。当用户按下红外遥控器的(1)号按键时，红外遥控器向单片机发送“晾衣服”的控制信号，控制系统部分控制装置完成晾衣服动作。当用户按下红外遥控器的(2)号按键时，红外遥控器向单片机发送“收衣服”的控制信号，控制系统部分控制装置完成收衣服动作。当用户按下红外遥控器的(3)号按键时，红外遥控器向单片机发送“旋转”的控制信号，控制系统部分控制装置完成旋转动作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，其特征在于：包括机械装置部分、环境感知部分和控制系统部分，所述机械装置部分包括晾晒衣物的机械结构，所述环境感知部分包括各种感应和定位模块，用于感知机械装置部分周围的环境；所述控制系统部分包括控制设备，用于接收环境感知部分的信号，并控制机械装置部分完成相应的动作。

2.根据权利要求1所述的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，其特征在于：所述机械装置部分包括水平平移结构、升降运动结构和水平旋转结构；所述水平平移结构通过动力源及传动机构使机械装置部分整体进行水平向的伸缩运动，使装置伸出阳台范围，使衣物便于阳光照射晾晒；所述水平旋转结构通过动力源和传动机构使机械装置部分由阳台内侧旋转至阳台外侧，使晾晒衣物实现阳光的充分晾晒杀菌；所述升降运动结构控制水平旋转结构进行升降运动，便于衣物的晾晒。

3.根据权利要求2所述的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，其特征在于：所述水平平移结构包括一个第一步进电机(6)、两个第一同步带轮(16)、一条第一同步带(17)、同步带传动配合耳片(18)、滑轨(2)、滑轨固定角铁(1)；所述滑轨(2)通过滑轨固定角铁(1)固定在天花板墙体上，并使除滑轨外的装置通过滑轨的伸缩伸出阳台范围；所述第一同步带轮(16)与第一同步带(17)相匹配，并与固定在铝型材(4)上的同步带传动配合耳片(18)连接，用于使装置整体通过同步带的传动带动滑轨进行水平向平移运动，使装置伸出阳台范围；所述第一步进电机(6)与第一同步带轮(16)相连接，用于带动第一同步带轮(16)传动。

4.根据权利要求3所述的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，其特征在于：所述升降运动结构包括一个第三步进电机(15)、四条钢绳(8)、四个水平向定滑轮(20)、四个竖直向定滑轮(3)、一个钢绳绞盘(19)、铝型材(4)；所述第三步进电机(15)用于驱动钢绳绞盘(19)进行旋转运动；所述钢绳绞盘(19)用于将钢绳(8)缠绕起来，并通过第三步进电机(15)控制钢绳(8)的自由长度，以实现控制水平旋转结构进行升降运动；所述钢绳(8)通过水平向定滑轮(20)和竖直向定滑轮(3)进行二次变向，并与碳纤维方管(9)连接；所述水平向定滑轮(20)和竖直向定滑轮(3)通过不锈钢L型90度固定角码与铝型材(4)进行连接固定，从而实现钢绳(8)的变向。

5.根据权利要求4所述的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，其特征在于：所述铝型材(4)采用“风筝”形结构搭建，外层为四根铝型材搭建的长方形结构，内层再由四根铝型材“井”字搭建，使电机能固定在铝型材上，同时所述八个定滑轮也固定在铝型材上；所述铝型材框架与固定在天花板墙体上的滑轨(2)固定连接。

6.根据权利要求4所述的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，其特征在于：所述水平旋转结构包括一个第二步进电机(10)、四个第二同步带轮(14)、一条第二同步带(11)、吊轮导轨(12)及其配合吊轮、碳纤维支撑板(13)、碳纤维方管(9)；所述第二同步带轮(14)中的一个用作主动轮，由第二步进电机(10)进行驱动，带动第二同步带(11)进行传动，其余三个第二同步带轮用作从动轮；所述吊轮在吊轮导轨(12)上运动并与晾衣架配合，使晾晒衣物随着吊轮在导轨上做由阳台内侧传动至阳台外侧的水平旋转运动；所述碳纤维方管(9)用于与钢绳(8)连接配合，碳纤维方管(9)的两端与吊轮导轨(12)固定，升降时钢绳(8)将传动力作用在碳纤维方管(9)上，使水平旋转结构整体进行升降运动；所述碳纤维支撑板(13)用于固定第二步进电机(10)以及第二同步带轮(14)。

7.根据权利要求6所述的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，其特征在于：碳纤维支撑板(13)固定第二步进电机(10)和第二同步带轮(14)的固定方式采用在碳纤维板打孔后用塞打螺栓紧固件进行固定，且第二同步带轮(14)的从动轮能在塞打螺栓光杆上自由旋转。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，其特征在于：所述环境感知部分包括雨滴传感模块、太阳辐射光敏传感模块、风速传感模块、GPS定位模块、湿度传感器模块和拉力传感器模块；

9.根据权利要求1-7中任一项所述的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，其特征在于：所述控制系统部分包括单片机核心板、红外遥控器、语音模块、按键模块、稳压模块和升压器；所述单片机核心板用于接收环境感知部分的信号，并根据该信号通过程序算法智能的判定当前的天气情况，再根据当前的天气情况控制电机完成晾衣服或者收衣服动作，是整个装置的控制核心；所述红外遥控器用于用户向单片机核心板发送控制信号，所述控制系统部分接收红外遥控器所发送的信号，并根据该信号完成相应的动作；所述语音模块用于识别人类所发出的语音命令；所述按键模块用于完成按键功能，所述稳压模块用于将电压稳定成所需要的电压；所述升压器用于输出需要的电压，给电动机供电。

10.根据权利要求9所述的一种环境感知型平移旋转复合式自动晾衣装置，其特征在于：所述稳压模块输出DC3.3V给语音模块、按键模块和环境感知部分供电；所述升压器输出DC24V电压。