CN111894432A - 一种具有防风采光功能的多功能窗户 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有防风采光功能的多功能窗户，包括两个杆组旋转装置、剪式伸缩装置、防风防雨装置和控制器；工作时，通过网络，蓝牙或红外遥控连接控制器，控制器控制杆组旋转装置旋转指定角度，从而带动剪式伸缩装置，防风防雨装置旋转，并控制剪式伸缩机构伸长或缩短到指定位置；在台风暴雨等恶劣天气时，可旋转剪式伸缩装置使其紧贴外墙并伸长，可起到防风防雨功能；在一般情况下，也可以通过控制杆组旋转装置和剪式伸缩装置停留在合适位置，起到调节采光的作用；本发明适应多种环境，能够智能控制，可靠性高，适应性好，操作方便。

Description

一种具有防风采光功能的多功能窗户
技术领域
本发明属于智慧家居领域，具体涉及一种具有防风采光功能的多功能窗户。
背景技术
沿海地区是遭遇台风等恶劣天气的高频地区，大部分家庭里的窗户不但不能抵抗台风，还可能会破碎从而造成安全隐患。
2018年中国气候公报分析结果显示，2018年我国生成和登陆台风多、登陆位置偏北、灾损重，“安比”“云雀”“温比亚”3个台风在一个月内相继登陆上海，其中“温比亚”灾损为去年最重。
现有窗户控制方式较为单一，只能通过手动控制方式去控制其开关，窗户无法根据室内外环境变化而做出适应性的状态变化。尤其是当房屋主人外出时，天气情况发生突变时或者室内温度和湿度出现较大程度的变化时，窗户并不能自动实现打开或关闭。此类窗户不但不具有智能化，而且并不符合现代高生活品质体验的要求，甚至对住宅使用者的财产生命安全造成了一定威胁。
发明内容
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种具有防风采光功能的多功能窗户，包括两个杆组旋转装置、剪式伸缩装置、防风防雨装置和控制器。
两个所述杆组旋转装置对称布置。所述杆组旋转装置包括旋转舵机、蜗杆、蜗轮、摇杆、曲柄、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、连杆III、支撑架、约束杆和固定板。
所述固定板竖直固定在窗户洞口的侧壁上。所述旋转舵机固定在固定板上。所述蜗杆竖直连接在旋转舵机输出端上。
所述摇杆、曲柄、连杆Ⅰ和固定板形成四连杆机构I。具体的，将连杆Ⅰ的两端分别记为A端和B端。所述摇杆一端铰接在固定板上，另一端与连杆Ⅰ的A端铰接。所述曲柄的一端铰接在固定板上，另一端铰接在连杆Ⅰ的中部。所述曲柄与固定板的铰接点处安装有蜗轮。所述蜗轮与蜗杆啮合。当旋转舵机运行时，带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动曲柄转动。
所述连杆Ⅱ、连杆III、支撑架和连杆Ⅰ形成四连杆机构II。具体的，将支撑架的两端分别记为C端和D端。所述连杆Ⅱ一端铰接在连杆Ⅰ的B端上，另一端铰接在支撑架的中部。所述连杆III一端铰接在连杆Ⅰ的A端上，另一端与支撑架的C端铰接。
所述约束杆一端铰接在曲柄上，另一端铰接在连杆Ⅱ中部，所述约束杆位于连杆Ⅱ和曲柄中间，所述约束杆将四连杆机构I和四连杆机构II形成的多杆机构的自由度限制为1。
所述剪式伸缩装置包括电机、梅花联轴器、丝杆、丝杆螺母、伸缩杆Ⅰ、伸缩杆Ⅱ、光轴、两组滑轨，以及剪式伸缩杆组。
所述电机固定在所述伸缩杆Ⅱ上。所述电机的输出端连接有主动齿轮。所述伸缩杆Ⅱ上安装有与主动齿轮啮合的从动齿轮。所述梅花联轴器连接在从动齿轮上。所述丝杆与梅花联轴器连接。所述丝杆螺母安装在丝杆上。所述伸缩杆Ⅰ固接在丝杆螺母上。所述光轴安装在伸缩杆Ⅱ上，并与丝杆平行布置。所述光轴穿入在伸缩杆Ⅰ中。当电机转动时，带动丝杆转动，丝杆螺母带动伸缩杆Ⅰ沿光轴轴线方向移动。
所述剪式伸缩杆组包括外侧杆、内侧杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆。
所述外侧杆与内侧杆平行布置。
所述第一连杆和第二连杆呈X形布置。所述第一连杆和第二连杆的上端分别铰接在内侧杆上。所述第一连杆和第二连杆之间设置有铰接杆I。所述铰接杆I一端铰接在第二连杆下端，另一端铰接在第一连杆的杆身上。
所述第三连杆和第四连杆呈X形布置。所述第三连杆的上端与第一连杆的下端铰接。所述第四连杆的上端与第二连杆的下端铰接。所述第三连杆和第四连杆的下端分别铰接在外侧杆上。所述第三连杆和第四连杆之间设置有铰接杆II。所述铰接杆II一端铰接在第四连杆上端，另一端铰接在第三连杆杆身上。
所述伸缩杆Ⅰ的端部铰接在第四连杆的杆身上。所述伸缩杆Ⅱ的端部铰接在第二连杆的杆身上。当伸缩杆Ⅰ沿光轴轴线方向移动时，伸缩杆Ⅰ与伸缩杆Ⅱ产生相对运动，带动剪式伸缩杆组伸长或缩短。
两组所述滑轨分别与外侧杆和内侧杆连接，四者围成一个矩形框架。其中，所述滑轨的基座固定在支撑架上，使得整个剪式伸缩装置布置在两个杆组旋转装置的支撑架上。
所述防风防雨装置包括防风防雨布、中间轴、空心轴和涡卷弹簧。
所述中间轴的两端分别固定在两个支撑架的D端。所述空心轴外套在中间轴上。所述涡卷弹簧一端与中间轴固定连接，另一端与空心轴固定连接。当空心轴绕中间轴旋转时，涡卷弹簧拉动空心轴朝反方向旋转复位。
所述防风防雨布一端与剪式伸缩杆组的外侧杆固接，另一端与空心轴固定连接。当剪式伸缩杆组伸长时，防风防雨布完全覆盖于剪式伸缩杆组之上。当剪式伸缩杆组缩短时，防风防雨布逐渐缠绕在空心轴上。
工作时，通过所述控制器输出控制指令控制旋转舵机启动，旋转舵机使杆组旋转装置旋转指定角度，从而带动剪式伸缩装置和防风防雨装置旋转。所述控制器输出控制指令控制电机启动，驱动剪式伸缩机构伸长或缩短到指定位置。
进一步，还包括传感器组件。所述传感器组件包括风力传感器、雨滴传感器、温度传感器和湿度传感器。
所述风力传感器和雨滴传感器安装在剪式伸缩杆组的外侧杆上。将剪式伸缩杆组的第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆记为中间杆组。所述温度传感器和湿度传感器安装在中间杆组上。
所述风力传感器测量室外的风力数据，并将风力数据输出至控制器。所述控制器将风力数据与阈值σ进行对比，若大于σ。所述控制器输出控制指令控制杆组旋转装置旋转至贴合墙面处，控制器输出控制指令控制剪式伸缩机构伸长至将窗户洞口覆盖。
所述雨滴传感器测量室外的雨量数据，并将雨量数据输出至控制器。所述控制器将雨量数据与阈值λ进行对比，若大于λ。所述控制器输出控制指令控制杆组旋转装置旋转至贴合墙面处，控制器输出控制指令控制剪式伸缩机构伸长至将窗户洞口覆盖。
所述温度传感器测量室内或室外的温度数据，并将温度数据输出至控制器。所述湿度传感器测量室内或室外的湿度数据，并将湿度数据输出至控制器。所述控制器将温度数据、湿度数据、雨量数据和风力数据通过网络或蓝牙传输至使用者端。
进一步，所述杆组旋转装置在旋转到下极限位置时，支撑架将与摇杆和连杆Ⅱ发生接触，形成限位结构。所述杆组旋转装置在旋转到上极限位置时，摇杆将分别与曲柄和连杆Ⅰ发生接触，形成限位结构。
进一步，所述杆组旋转装置的旋转极限位置和剪式伸缩装置的伸缩极限位置均设有机械限位开关，当触发限位开关时，限位开关反馈信号至控制器，控制器分别输出控制指令停止旋转舵机和电机的运行。
进一步，所述旋转舵机为360°旋转舵机。所述电机为减速电机，电机的减速器中含有齿轮减速装置。
进一步，所述防风防雨布由疏水材料制成。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，具有如下优点：
1)适应多种环境。可用于台风高危地区多种家庭户型，不受家庭户型的影响。
2)使用方便。机械装置结构自由灵活，开关窗户时无需进行人为手动调整；控制系统可操作性强，可控制剪式机构伸缩和旋转指定角度；传感器与控制器相连，相关数据可直接反馈给使用者，使用者能够随时随地实现对此装置的控制，控制采光和通风更加方便。
3)安全可靠性高。在装置运行极限位置处设计了限位结构，保证其运动到正确位置，防止因过转而损伤机械结构；当发生设备故障，断电等特殊情况时，蜗轮蜗杆传动和丝杠的自锁特性可以使整个装置保持静止不动，防止了因为断电等原因出现危险事故。
附图说明
图1为本发明三维结构示意图；
图2为本发明杆组旋转装置的三维结构示意图1；
图3为本发明杆组旋转装置的三维结构示意图2；
图4为本发明剪式伸缩装置的三维结构示意图；
图5为图5的局部放大图；
图6为本发明防风防雨装置的三维结构示意图；
图7为本发明装置工作流程图；
图8为本发明PLC控制框图。
图中：杆组旋转装置1、旋转舵机101、蜗杆102、蜗轮103、摇杆104、曲柄105、连杆Ⅰ106、连杆Ⅱ107、连杆III108、支撑架109、约束杆110、固定板111、剪式伸缩装置2、电机201、梅花联轴器202、丝杆203、丝杆螺母204、伸缩杆Ⅰ205、伸缩杆Ⅱ206、光轴207、滑轨208、剪式伸缩杆组209、外侧杆2091、内侧杆2092、第一连杆2093、第二连杆2094、第三连杆2095、第四连杆2096、铰接杆I2097、铰接杆II2098、防风防雨装置3、防风防雨布301、中间轴302、空心轴303、涡卷弹簧304、控制器4、风力传感器501、雨滴传感器502、温度传感器503和湿度传感器504。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开一种具有防风采光功能的多功能窗户，参见图1，包括两个杆组旋转装置1、剪式伸缩装置2、防风防雨装置3、PLC控制器4和传感器组件。
两个所述杆组旋转装置1对称布置在窗户洞口的两个侧壁上。具体的，参见图2和图3，所述杆组旋转装置1包括旋转舵机101、蜗杆102、摇杆104、曲柄105、连杆Ⅰ106、连杆Ⅱ107、连杆III108、支撑架109、约束杆110和固定板111。
所述固定板111通过螺钉竖直连接在窗户洞口的侧壁上。所述旋转舵机101通过螺钉连接在固定板111上，所述旋转舵机101为360°旋转舵机。所述蜗杆102通过螺钉竖直连接在旋转舵机101输出轴上。
所述摇杆104、曲柄105、连杆Ⅰ106和固定板111形成四连杆机构I。具体的，将连杆Ⅰ106的两端分别记为A端和B端。所述摇杆104一端铰接在固定板111上，另一端与连杆Ⅰ106的A端铰接。所述曲柄105的一端铰接在固定板111上，另一端铰接在连杆Ⅰ106的中部。所述曲柄105与固定板111的铰接点处安装有蜗轮103。所述蜗轮103与蜗杆102啮合，形成蜗杆传动。当旋转舵机101运行时，带动蜗杆102转动，蜗杆102带动蜗轮103转动，这样可以将舵机减速，以获得更大的力矩，最后通过蜗轮103带动曲柄105转动。
所述连杆Ⅱ107、连杆III108、支撑架109和连杆Ⅰ106形成四连杆机构II。具体的，将支撑架109的两端分别记为C端和D端。所述连杆Ⅱ107一端铰接在连杆Ⅰ106的B端上，另一端铰接在支撑架109的中部。所述连杆III108一端铰接在连杆Ⅰ106的A端上，另一端与支撑架109的C端铰接。
所述约束杆110一端铰接在曲柄105上，另一端铰接在连杆Ⅱ107中部，所述约束杆110位于连杆Ⅱ107和曲柄105中间，所述约束杆110将四连杆机构I和四连杆机构II形成的多杆机构的自由度限制为1，保证多杆机构运动的确定性，使得多杆机构绕特定轨迹转动。
参见图4和图5，所述剪式伸缩装置2包括电机201、梅花联轴器202、丝杆203、丝杆螺母204、伸缩杆Ⅰ205、伸缩杆Ⅱ206、光轴207、两组滑轨208，以及剪式伸缩杆组209。
所述电机201固定在所述伸缩杆Ⅱ206上，所述电机201为减速电机，电机201的减速器中含有齿轮减速装置。所述电机201的输出轴连接有主动齿轮。所述伸缩杆Ⅱ206上安装有与主动齿轮啮合的从动齿轮。所述梅花联轴器202连接在从动齿轮上。所述丝杆203与梅花联轴器202连接。所述丝杆螺母204外套在丝杆203上。所述伸缩杆Ⅰ205固接在丝杆螺母204上。所述光轴207安装在伸缩杆Ⅱ206上，并与丝杆203平行布置。所述光轴207穿入在伸缩杆Ⅰ205中，光轴207与伸缩杆Ⅰ205之间通过轴承连接，光轴207用于导向运动方向。当电机201转动时，带动丝杆203转动，丝杆螺母204带动伸缩杆Ⅰ205沿光轴207轴线方向移动。
所述剪式伸缩杆组209包括外侧杆2091、内侧杆2092、第一连杆2093、第二连杆2094、第三连杆2095和第四连杆2096。
所述外侧杆2091与内侧杆2092平行布置。
所述第一连杆2093和第二连杆2094呈X形布置。所述第一连杆2093和第二连杆2094的上端分别铰接在内侧杆2092上。所述第一连杆2093和第二连杆2094之间设置有铰接杆I2097。所述铰接杆I2097一端铰接在第二连杆2094下端，另一端铰接在第一连杆2093的杆身上。
所述第三连杆2095和第四连杆2096呈X形布置。所述第三连杆2095的上端与第一连杆2093的下端铰接。所述第四连杆2096的上端与第二连杆2094的下端铰接。所述第三连杆2095和第四连杆2096的下端分别铰接在外侧杆2091上。所述第三连杆2095和第四连杆2096之间设置有铰接杆II2098。所述铰接杆II2098一端铰接在第四连杆2096上端，另一端铰接在第三连杆2095杆身上。
所述伸缩杆Ⅰ205的端部铰接在第四连杆2096的杆身上。所述伸缩杆Ⅱ206的端部铰接在第二连杆2094的杆身上。当伸缩杆Ⅰ205沿光轴207轴线方向移动时，伸缩杆Ⅰ205与伸缩杆Ⅱ206产生相对运动，使得伸缩杆Ⅰ205与伸缩杆Ⅱ206的距离变化时，就可以带动剪式伸缩杆组209伸长或缩短。
两组所述滑轨208分别与外侧杆2091和内侧杆2092连接，四者围成一个矩形框架。其中，所述滑轨208的基座固定在支撑架109上，使得整个剪式伸缩装置2布置在两个杆组旋转装置1的支撑架109上。
参见图6，所述防风防雨装置3包括防风防雨布301、中间轴302、空心轴303和涡卷弹簧304。
所述中间轴302的两端分别固定在两个支撑架109的D端，支撑架109的D端上设置有容纳中间轴302的卡槽。所述空心轴303外套在中间轴302上，二者同轴布置。所述涡卷弹簧304一端与中间轴302固定连接，另一端与空心轴303固定连接。当空心轴303绕中间轴302旋转时，涡卷弹簧304拉动空心轴303朝反方向旋转复位。
所述防风防雨布301由疏水材料制成，所述防风防雨布301一端与剪式伸缩杆组209的外侧杆2091固接，另一端与空心轴303粘接。当剪式伸缩杆组209伸长时，因为存在涡卷弹簧304，所以防风防雨布301始终是张紧覆盖于剪式伸缩杆组209之上。当剪式伸缩杆组209缩短时，防风防雨布301部分张紧覆盖于剪式伸缩杆组209之上，剩余部分缠绕在空心轴303上。
参见图8，所述传感器组件包括风力传感器501、雨滴传感器502、温度传感器503和湿度传感器504。
所述风力传感器501和雨滴传感器502安装在剪式伸缩杆组209的外侧杆2091上，用于测量室外的风力数据和雨量数据。将剪式伸缩杆组209的第一连杆2093、第二连杆2094、第三连杆2095和第四连杆2096记为中间杆组。所述温度传感器503和湿度传感器504安装在中间杆组上，用于测量室内或室外的温湿度数据。本实施例中，温度传感器503安装在第二连杆2094上，湿度传感器504安装在第四连杆2096上。
工作时，通过网络、蓝牙或红外遥控连接PLC控制器4，通过PLC控制器4输出控制指令控制旋转舵机101启动，旋转舵机101使杆组旋转装置1旋转指定角度，从而带动剪式伸缩装置2和防风防雨装置3旋转。然后通过PLC控制器4输出控制指令控制电机201启动，驱动剪式伸缩机构2伸长或缩短到指定位置。
参见图7，本装置可以根据使用不同在多个状态来回切换位置。具体地，本实施例的多功能窗户使用PLC控制器4为控制系统核心，担负着收集传感器数据信息并进行处理和传递的作用，并反馈给使用者端。在一般情况下，杆组旋转装置1旋转到上极限位置，剪式伸缩装置2缩小之最短，起挡雨棚的作用。当遇到台风、暴雨等恶劣天气时，风力传感器501和雨水传感器502检测到天气异常，将信号发送给PLC控制器4，PLC控制器4将相关信息通过网络，蓝牙等方式发送给手机使用者端，并且自动控制杆组旋转装置1旋转到贴合墙面处，控制剪式伸缩装置2伸缩到将窗户完全覆盖。因为存在防风防雨布301，所以室外与窗户及室内形成了物理隔绝，防止了台风对窗户造成破坏。具体地，所述风力传感器501测量室外的风力数据，并将风力数据输出至控制器4。所述控制器4将风力数据与阈值σ进行对比，若大于σ。所述控制器4输出控制指令控制杆组旋转装置1旋转至贴合墙面处，控制器4输出控制指令控制剪式伸缩机构2伸长至将窗户洞口覆盖。所述雨滴传感器502测量室外的雨量数据，并将雨量数据输出至控制器4。所述控制器4将雨量数据与阈值λ进行对比，若大于λ。所述控制器4输出控制指令控制杆组旋转装置1旋转至贴合墙面处，控制器4输出控制指令控制剪式伸缩机构2伸长至将窗户洞口覆盖。
所述温度传感器503测量室内或室外的温度数据，并将温度数据输出至控制器4。所述湿度传感器504测量室内或室外的湿度数据，并将湿度数据输出至控制器4。所述控制器4将温度数据、湿度数据、雨量数据和风力数据通过网络或蓝牙传输至手机使用者端。使用者可根据这些数据反馈决定对窗户的具体控制，比如调节房间明暗程度、调节窗户通风等，从而不需要再手动调节窗户位置，大大提高了装置的便捷性及使用者的体验感。此外，使用者也可根据自己的实际需要实现对窗户的多情况控制，窗户的控制权由使用者自身决定，不受任何设备上的约束。装置总体在保证安全高效的同时，运行灵活，操作便捷。
需要进一步说明的是，所述杆组旋转装置1在旋转到下极限位置时，支撑架109将与摇杆104和连杆Ⅱ108发生接触，形成限位结构，防止其过转。所述杆组旋转装置1在旋转到上极限位置时，摇杆104将分别与曲柄105和连杆Ⅰ106发生接触，形成限位结构，防止其过转。所述杆组旋转装置1的旋转极限位置和剪式伸缩装置2的伸缩极限位置均设有机械限位开关，当触发限位开关时，限位开关反馈信号至控制器4，控制器4分别输出控制指令停止旋转舵机101和电机201的运行，于此可保证其运动到正确位置，防止因过转而损伤机械结构。
在本实施例中，在杆组旋转装置1和剪式伸缩装置2的两个极限位置设置了限位开关，于此可保证其运动到正确位置，防止因过转而损伤机械结构。当设备故障，断电等特殊情况时，由于蜗轮蜗杆传动的自锁特性和丝杠的自锁特性，可以使整个装置保持静止不动，防止了因为断电等原因出现危险事故。
另外，考虑到本装置主要在潮湿的环境中使用，环境条件会加速装置的腐蚀，根据这个问题可采用下述方法来延长装置的使用寿命：
1)生产过程中的腐蚀控制
在装置的生产过程中，不得损害整体的设计指标和耐环境侵蚀的能力，尤其是在热加工过程中不能损伤材料固有的耐蚀性，而且通过加工过程，尤其是表面防护要进一步提高制件的耐蚀性。
2)安装过程中的腐蚀控制
安装过程中合理使用缓蚀防锈剂。脱水防锈剂具有极强的渗透能力和水置换能力，喷涂或刷涂在金属结构上，可自动去除表面及缝隙中水分和盐分，并很快形成一层透明的硬膜，将会在之后的使用过程中对装置上的金属起到良好防护作用。
3)选用综合性能优良的耐蚀材料
针对可能出现的腐蚀类型选择相应的耐腐蚀材料，尤其要在易产生腐蚀和不容易维护的部位选择耐腐蚀性能好的材料，能有效延长装置的使用寿命。
4)使用高性能表面防护涂料
使用有机防护涂层使得装置与外界环境隔绝，防止空气及雨水的直接接触对装置照成腐蚀，以此提高整体装置的防腐蚀性能。
5)暴露位置的处理
对暴露位置用疏水材料进行物理覆盖，比如橡胶、薄膜覆盖等，能有效减少装置在运行的过程各个零部件的锈蚀。
本实施例公开的多功能窗户在实际生产中可达到以下技术效果：
1.可适应多种环境；可用于台风高危地区多种家庭户型，不受家庭户型的影响。
2.使用方便；机械装置结构自由灵活，开关窗户时无需进行人为手动调整；控制系统可操作性强，可控制剪式机构伸缩和旋转指定角度；传感器与控制器相连，相关数据可直接反馈给用户，用户能够随时随地实现对此装置的控制，控制采光和通风更加方便。
3.安全可靠性高；在装置运行极限位置处设计了限位结构，保证其运动到正确位置，防止因过转而损伤机械结构；当发生设备故障，断电等特殊情况时，蜗轮蜗杆传动和丝杠的自锁特性可以使整个装置保持静止不动，防止了因为断电等原因出现危险事故。
实施例2：
本实施例提供一种较为基础的实现方式，本实施例公开一种具有防风采光功能的多功能窗户，参见图1，包括两个杆组旋转装置1、剪式伸缩装置2、防风防雨装置3和PLC控制器4。
两个所述杆组旋转装置1对称布置在窗户洞口的两个侧壁上。具体的，参见图2和图3，所述杆组旋转装置1包括旋转舵机101、蜗杆102、蜗轮103、摇杆104、曲柄105、连杆Ⅰ106、连杆Ⅱ107、连杆III108、支撑架109、约束杆110和固定板111。
所述固定板111通过螺钉竖直连接在窗户洞口的侧壁上。所述旋转舵机101通过螺钉连接在固定板111上。所述蜗杆102通过螺钉竖直连接在旋转舵机101输出轴上。
所述摇杆104、曲柄105、连杆Ⅰ106和固定板111形成四连杆机构I。具体的，将连杆Ⅰ106的两端分别记为A端和B端。所述摇杆104一端铰接在固定板111上，另一端与连杆Ⅰ106的A端铰接。所述曲柄105的一端铰接在固定板111上，另一端铰接在连杆Ⅰ106的中部。所述曲柄105与固定板111的铰接点处安装有蜗轮103。所述蜗轮103与蜗杆102啮合，形成蜗杆传动。当旋转舵机101运行时，带动蜗杆102转动，蜗杆102带动蜗轮103转动，这样可以将舵机减速，以获得更大的力矩，最后通过蜗轮103带动曲柄105转动。
所述连杆Ⅱ107、连杆III108、支撑架109和连杆Ⅰ106形成四连杆机构II。具体的，将支撑架109的两端分别记为C端和D端。所述连杆Ⅱ107一端铰接在连杆Ⅰ106的B端上，另一端铰接在支撑架109的中部。所述连杆III108一端铰接在连杆Ⅰ106的A端上，另一端与支撑架109的C端铰接。
所述约束杆110一端铰接在曲柄105上，另一端铰接在连杆Ⅱ107中部，所述约束杆110位于连杆Ⅱ107和曲柄105中间，所述约束杆110将四连杆机构I和四连杆机构II形成的多杆机构的自由度限制为1，保证多杆机构运动的确定性，使得多杆机构绕特定轨迹转动。
参见图4和图5，所述剪式伸缩装置2包括电机201、梅花联轴器202、丝杆203、丝杆螺母204、伸缩杆Ⅰ205、伸缩杆Ⅱ206、光轴207、两组滑轨208，以及剪式伸缩杆组209。
所述电机201固定在所述伸缩杆Ⅱ206上。所述电机201的输出轴连接有主动齿轮。所述伸缩杆Ⅱ206上安装有与主动齿轮啮合的从动齿轮。所述梅花联轴器202连接在从动齿轮上。所述丝杆203与梅花联轴器202连接。所述丝杆螺母204外套在丝杆203上。所述伸缩杆Ⅰ205固接在丝杆螺母204上。所述光轴207安装在伸缩杆Ⅱ206上，并与丝杆203平行布置。所述光轴207穿入在伸缩杆Ⅰ205中，光轴207与伸缩杆Ⅰ205之间通过轴承连接，光轴207用于导向运动方向。当电机201转动时，带动丝杆203转动，丝杆螺母204带动伸缩杆Ⅰ205沿光轴207轴线方向移动。
所述剪式伸缩杆组209包括外侧杆2091、内侧杆2092、第一连杆2093、第二连杆2094、第三连杆2095和第四连杆2096。
所述外侧杆2091与内侧杆2092平行布置。
所述第一连杆2093和第二连杆2094呈X形布置。所述第一连杆2093和第二连杆2094的上端分别铰接在内侧杆2092上。所述第一连杆2093和第二连杆2094之间设置有铰接杆I2097。所述铰接杆I2097一端铰接在第二连杆2094下端，另一端铰接在第一连杆2093的杆身上。
所述第三连杆2095和第四连杆2096呈X形布置。所述第三连杆2095的上端与第一连杆2093的下端铰接。所述第四连杆2096的上端与第二连杆2094的下端铰接。所述第三连杆2095和第四连杆2096的下端分别铰接在外侧杆2091上。所述第三连杆2095和第四连杆2096之间设置有铰接杆II2098。所述铰接杆II2098一端铰接在第四连杆2096上端，另一端铰接在第三连杆2095杆身上。
所述伸缩杆Ⅰ205的端部铰接在第四连杆2096的杆身上。所述伸缩杆Ⅱ206的端部铰接在第二连杆2094的杆身上。当伸缩杆Ⅰ205沿光轴207轴线方向移动时，伸缩杆Ⅰ205与伸缩杆Ⅱ206产生相对运动，使得伸缩杆Ⅰ205与伸缩杆Ⅱ206的距离变化时，就可以带动剪式伸缩杆组209伸长或缩短。
两组所述滑轨208分别与外侧杆2091和内侧杆2092连接，四者围成一个矩形框架。其中，所述滑轨208的基座固定在支撑架109上，使得整个剪式伸缩装置2布置在两个杆组旋转装置1的支撑架109上。
参见图6，所述防风防雨装置3包括防风防雨布301、中间轴302、空心轴303和涡卷弹簧304。
所述中间轴302的两端分别固定在两个支撑架109的D端，支撑架109的D端上设置有容纳中间轴302的卡槽。所述空心轴303外套在中间轴302上，二者同轴布置。所述涡卷弹簧304一端与中间轴302固定连接，另一端与空心轴303固定连接。当空心轴303绕中间轴302旋转时，涡卷弹簧304拉动空心轴303朝反方向旋转复位。
所述防风防雨布301一端与剪式伸缩杆组209的外侧杆2091固接，另一端与空心轴303粘接。当剪式伸缩杆组209伸长时，因为存在涡卷弹簧304，所以防风防雨布301始终是张紧覆盖于剪式伸缩杆组209之上。当剪式伸缩杆组209缩短时，防风防雨布301部分张紧覆盖于剪式伸缩杆组209之上，剩余部分缠绕在空心轴303上。
工作时，通过网络、蓝牙或红外遥控连接PLC控制器4，通过PLC控制器4输出控制指令控制旋转舵机101启动，旋转舵机101使杆组旋转装置1旋转指定角度，从而带动剪式伸缩装置2和防风防雨装置3旋转。然后通过PLC控制器4输出控制指令控制电机201启动，驱动剪式伸缩机构2伸长或缩短到指定位置。
参见图7，本装置可以根据使用不同在多个状态来回切换位置。具体地，本实施例的多功能窗户使用PLC控制器4为控制系统核心。在一般情况下，杆组旋转装置1旋转到上极限位置，剪式伸缩装置2缩小之最短，起挡雨棚的作用。当遇到台风、暴雨等恶劣天气时。使用者可根据自己的实际需要实现对窗户的多情况控制，窗户的控制权由使用者自身决定，不受任何设备上的约束。装置总体在保证安全高效的同时，运行灵活，操作便捷。
当设备故障，断电等特殊情况时，由于蜗轮蜗杆传动的自锁特性和丝杠的自锁特性，可以使整个装置保持静止不动，防止了因为断电等原因出现危险事故。
本实施例公开的多功能窗户在实际生产中可达到以下技术效果：
1.可适应多种环境；可用于台风高危地区多种家庭户型，不受家庭户型的影响。
2.使用方便；控制系统可操作性强，可控制剪式机构伸缩和旋转指定角度，控制采光和通风更加方便。
实施例3：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，还包括传感器组件。参见图8，所述传感器组件包括风力传感器501、雨滴传感器502、温度传感器503和湿度传感器504。
所述风力传感器501和雨滴传感器502安装在剪式伸缩杆组209的外侧杆2091上，用于测量室外的风力数据和雨量数据。将剪式伸缩杆组209的第一连杆2093、第二连杆2094、第三连杆2095和第四连杆2096记为中间杆组。所述温度传感器503和湿度传感器504安装在中间杆组上，用于测量室内或室外的温湿度数据。本实施例中，温度传感器503安装在第二连杆2094上，湿度传感器504安装在第四连杆2096上。
当遇到台风、暴雨等恶劣天气时，风力传感器501和雨水传感器502检测到天气异常，将信号发送给PLC控制器4，PLC控制器4将相关信息通过网络，蓝牙等方式发送给手机使用者端，并且自动控制杆组旋转装置1旋转到贴合墙面处，控制剪式伸缩装置2伸缩到将窗户完全覆盖。因为存在防风防雨布301，所以室外与窗户及室内形成了物理隔绝，防止了台风对窗户造成破坏。具体地，所述风力传感器501测量室外的风力数据，并将风力数据输出至控制器4。所述控制器4将风力数据与阈值σ进行对比，若大于σ。所述控制器4输出控制指令控制杆组旋转装置1旋转至贴合墙面处，控制器4输出控制指令控制剪式伸缩机构2伸长至将窗户洞口覆盖。所述雨滴传感器502测量室外的雨量数据，并将雨量数据输出至控制器4。所述控制器4将雨量数据与阈值λ进行对比，若大于λ。所述控制器4输出控制指令控制杆组旋转装置1旋转至贴合墙面处，控制器4输出控制指令控制剪式伸缩机构2伸长至将窗户洞口覆盖。
所述温度传感器503测量室内或室外的温度数据，并将温度数据输出至控制器4。所述湿度传感器504测量室内或室外的湿度数据，并将湿度数据输出至控制器4。所述控制器4将温度数据、湿度数据、雨量数据和风力数据通过网络或蓝牙传输至手机使用者端。使用者可根据这些数据反馈决定对窗户的具体控制，比如调节房间明暗程度、调节窗户通风等，从而不需要再手动调节窗户位置，大大提高了装置的便捷性及使用者的体验感。此外，使用者也可根据自己的实际需要实现对窗户的多情况控制，窗户的控制权由使用者自身决定，不受任何设备上的约束。装置总体在保证安全高效的同时，运行灵活，操作便捷。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述杆组旋转装置1在旋转到下极限位置时，支撑架109将与摇杆104和连杆Ⅱ108发生接触，形成限位结构，防止其过转。所述杆组旋转装置1在旋转到上极限位置时，摇杆104将分别与曲柄105和连杆Ⅰ106发生接触，形成限位结构，防止其过转。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例4，进一步，所述杆组旋转装置1的旋转极限位置和剪式伸缩装置2的伸缩极限位置均设有机械限位开关，当触发限位开关时，限位开关反馈信号至控制器4，控制器4分别输出控制指令停止旋转舵机101和电机201的运行，于此可保证其运动到正确位置，防止因过转而损伤机械结构。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述旋转舵机101为360°旋转舵机。所述电机201为减速电机，电机201的减速器中含有齿轮减速装置。
实施例7：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述防风防雨布301由疏水材料制成，可防止雨水累积而使清理困难。

Claims (6)

1.一种具有防风采光功能的多功能窗户，其特征在于：包括两个所述杆组旋转装置(1)、剪式伸缩装置(2)、防风防雨装置(3)和控制器(4)；
两个所述杆组旋转装置(1)对称布置；所述杆组旋转装置(1)包括旋转舵机(101)、蜗杆(102)、蜗轮(103)、摇杆(104)、曲柄(105)、连杆Ⅰ(106)、连杆Ⅱ(107)、连杆Ⅲ(108)、支撑架(109)、约束杆(110)和固定板(111)；
所述固定板(111)竖直固定在窗户洞口的侧壁上；所述旋转舵机(101)固定在固定板(111)上；所述蜗杆(102)竖直连接在旋转舵机(101)输出端上；
所述摇杆(104)、曲柄(105)、连杆Ⅰ(106)和固定板(111)形成四连杆机构I；具体的，将连杆Ⅰ(106)的两端分别记为A端和B端；所述摇杆(104)一端铰接在固定板(111)上，另一端与连杆Ⅰ(106)的A端铰接；所述曲柄(105)的一端铰接在固定板(111)上，另一端铰接在连杆Ⅰ(106)的中部；所述曲柄(105)与固定板(111)的铰接点处安装有蜗轮(103)；所述蜗轮(103)与蜗杆(102)啮合；当旋转舵机(101)运行时，带动蜗杆(102)转动，蜗杆(102)带动蜗轮(103)转动，蜗轮(103)带动曲柄(105)转动；
所述连杆Ⅱ(107)、连杆Ⅲ(108)、支撑架(109)和连杆Ⅰ(106)形成四连杆机构II；具体的，将支撑架(109)的两端分别记为C端和D端；所述连杆Ⅱ(107)一端铰接在连杆Ⅰ(106)的B端上，另一端铰接在支撑架(109)的中部；所述连杆Ⅲ(108)一端铰接在连杆Ⅰ(106)的A端上，另一端与支撑架(109)的C端铰接；
所述约束杆(110)一端铰接在曲柄(105)上，另一端铰接在连杆Ⅱ(107)中部，所述约束杆(110)位于连杆Ⅱ(107)和曲柄(105)中间，所述约束杆(110)将四连杆机构I和四连杆机构II形成的多杆机构的自由度限制为1；
所述剪式伸缩装置(2)包括电机(201)、梅花联轴器(202)、丝杆(203)、丝杆螺母(204)、伸缩杆Ⅰ(205)、伸缩杆Ⅱ(206)、光轴(207)、两组滑轨(208)，以及剪式伸缩杆组(209)；
所述电机(201)固定在所述伸缩杆Ⅱ(206)上；所述电机(201)的输出端连接有主动齿轮；所述伸缩杆Ⅱ(206)上安装有与主动齿轮啮合的从动齿轮；所述梅花联轴器(202)连接在从动齿轮上；所述丝杆(203)与梅花联轴器(202)连接；所述丝杆螺母(204)安装在丝杆(203)上；所述伸缩杆Ⅰ(205)固接在丝杆螺母(204)上；所述光轴(207)安装在伸缩杆Ⅱ(206)上，并与丝杆(203)平行布置；所述光轴(207)穿入在伸缩杆Ⅰ(205)中；当电机(201)转动时，带动丝杆(203)转动，丝杆螺母(204)带动伸缩杆Ⅰ(205)沿光轴(207)轴线方向移动；
所述剪式伸缩杆组(209)包括外侧杆(2091)、内侧杆(2092)、第一连杆(2093)、第二连杆(2094)、第三连杆(2095)和第四连杆(2096)；
所述外侧杆(2091)与内侧杆(2092)平行布置；
所述第一连杆(2093)和第二连杆(2094)呈X形布置；所述第一连杆(2093)和第二连杆(2094)的上端分别铰接在内侧杆(2092)上；所述第一连杆(2093)和第二连杆(2094)之间设置有铰接杆I(2097)；所述铰接杆I(2097)一端铰接在第二连杆(2094)下端，另一端铰接在第一连杆(2093)的杆身上；
所述第三连杆(2095)和第四连杆(2096)呈X形布置；所述第三连杆(2095)的上端与第一连杆(2093)的下端铰接；所述第四连杆(2096)的上端与第二连杆(2094)的下端铰接；所述第三连杆(2095)和第四连杆(2096)的下端分别铰接在外侧杆(2091)上。所述第三连杆(2095)和第四连杆(2096)之间设置有铰接杆II(2098)；所述铰接杆II(2098)一端铰接在第四连杆(2096)上端，另一端铰接在第三连杆(2095)杆身上；
所述伸缩杆Ⅰ(205)的端部铰接在第四连杆(2096)的杆身上；所述伸缩杆Ⅱ(206)的端部铰接在第二连杆(2094)的杆身上；当伸缩杆Ⅰ(205)沿光轴(207)轴线方向移动时，伸缩杆Ⅰ(205)与伸缩杆Ⅱ(206)产生相对运动，带动剪式伸缩杆组(209)伸长或缩短；
两组所述滑轨(208)分别与外侧杆(2091)和内侧杆(2092)连接，四者围成一个矩形框架；其中，所述滑轨(208)的基座固定在支撑架(109)上，使得整个剪式伸缩装置(2)布置在两个杆组旋转装置(1)的支撑架(109)上；
所述防风防雨装置(3)包括防风防雨布(301)、中间轴(302)、空心轴(303)和涡卷弹簧(304)；
所述中间轴(302)的两端分别固定在两个支撑架(109)的D端；所述空心轴(303)外套在中间轴(302)上；所述涡卷弹簧(304)一端与中间轴(302)固定连接，另一端与空心轴(303)固定连接；当空心轴(303)绕中间轴(302)旋转时，涡卷弹簧(304)拉动空心轴(303)朝反方向旋转复位；
所述防风防雨布(301)一端与剪式伸缩杆组(209)的外侧杆(2091)固接，另一端与空心轴(303)固定连接；当剪式伸缩杆组(209)伸长时，防风防雨布(301)完全覆盖于剪式伸缩杆组(209)之上；当剪式伸缩杆组(209)缩短时，防风防雨布(301)逐渐缠绕在空心轴(303)上；
工作时，通过所述控制器(4)输出控制指令控制旋转舵机(101)启动，旋转舵机(101)使杆组旋转装置(1)旋转指定角度，从而带动剪式伸缩装置(2)和防风防雨装置(3)旋转；所述控制器(4)输出控制指令控制电机(201)启动，驱动剪式伸缩机构(2)伸长或缩短到指定位置。
2.根据权利要求1所述的一种具有防风采光功能的多功能窗户，其特征在于：还包括传感器组件；所述传感器组件包括风力传感器(501)、雨滴传感器(502)、温度传感器(503)和湿度传感器(504)；
所述风力传感器(501)和雨滴传感器(502)安装在剪式伸缩杆组(209)的外侧杆(2091)上；将剪式伸缩杆组(209)的第一连杆(2093)、第二连杆(2094)、第三连杆(2095)和第四连杆(2096)记为中间杆组；所述温度传感器(503)和湿度传感器(504)安装在中间杆组上；
所述风力传感器(501)测量室外的风力数据，并将风力数据输出至控制器(4)；所述控制器(4)将风力数据与阈值σ进行对比，若大于σ；所述控制器(4)输出控制指令控制杆组旋转装置(1)旋转至贴合墙面处，控制器(4)输出控制指令控制剪式伸缩机构(2)伸长至将窗户洞口覆盖；
所述雨滴传感器(502)测量室外的雨量数据，并将雨量数据输出至控制器(4)；所述控制器(4)将雨量数据与阈值λ进行对比，若大于λ；所述控制器(4)输出控制指令控制杆组旋转装置(1)旋转至贴合墙面处，控制器(4)输出控制指令控制剪式伸缩机构(2)伸长至将窗户洞口覆盖；
所述温度传感器(503)测量室内或室外的温度数据，并将温度数据输出至控制器(4)；所述湿度传感器(504)测量室内或室外的湿度数据，并将湿度数据输出至控制器(4)；所述控制器(4)将温度数据、湿度数据、雨量数据和风力数据通过网络或蓝牙传输至使用者端。
3.根据权利要求3所述的一种具有防风采光功能的多功能窗户，其特征在于：所述杆组旋转装置(1)在旋转到下极限位置时，支撑架(109)将与摇杆(104)和连杆Ⅱ(108)发生接触，形成限位结构；所述杆组旋转装置(1)在旋转到上极限位置时，摇杆(104)将分别与曲柄(105)和连杆Ⅰ(106)发生接触，形成限位结构。
4.根据权利要求3所述的一种具有防风采光功能的多功能窗户，其特征在于：所述杆组旋转装置(1)的旋转极限位置和剪式伸缩装置(2)的伸缩极限位置均设有机械限位开关，当触发限位开关时，限位开关反馈信号至控制器(4)，控制器(4)分别输出控制指令停止旋转舵机(101)和电机(201)的运行。
5.根据权利要求1所述的一种具有防风采光功能的多功能窗户，其特征在于：所述旋转舵机(101)为360°旋转舵机；所述电机(201)为减速电机，电机(201)的减速器中含有齿轮减速装置。
6.根据权利要求1所述的一种具有防风采光功能的多功能窗户，其特征在于：所述防风防雨布(301)由疏水材料制成。
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