CN112237342B - 一种能够变形的智能一体化家具 - Google Patents

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Abstract

一种能够变形的智能一体化家具，由排列成三层的九个箱体单元构成，每层三个箱体单元相互连接，第一层与第二层之间由抬升平移机构控制实现相对运动，第二层与第三层之间由旋转推杆直驱机构控制实现相对运动，整个家具可以变形为立柜、沙发、床三种形态；所述自动铺床收褥机构通过在第三层中心箱体单元内部安装的滑轮组机构实现自动收褥，通过家具整体的变形实现自动铺床；本发明还可以拓展为自动化智能化控制，将电机、电磁开关，触摸屏与电控系统连接，基于树莓派开发的用户操作界面、语音控制系统等，实现智能存取物品的功能；该发明具有智能化程度高、成本低、工作稳定等优点，可以极大地节约家居空间，适用于小户型家庭使用。

Description

一种能够变形的智能一体化家具
技术领域
本发明涉及智能家居领域，特别涉及一种能够变形的智能一体化家具。
背景技术
床、沙发、立柜是每个人在家庭生活中所必需的家具，随着房价不断上涨，用户的居住空间越来越小，用户对变形家具的需求不断增大，渴望实现主要家具的一体化。现在的变形家具以纯手动为主，主要是对床、椅子、柜子进行变形收纳，只有少数能够完成形态的转换，但智能化程度低，具有变形不方便、节省空间小等缺点。
现有的智能家居市场主要以语音识别为主，将一些本来的手动功能替代为由语音或者网络控制的电驱动，来为用户提供方便。也有一部分智能家居通过传感器来监控室内环境，从而起到自动调节作用。但是智能家居在节省空间和智能存储物品方面的研究还很少，没有解决用户的需求痛点。
由于目前对于智能变形家具的实际应用与研究较少，未能找到类似专利及研究进行参考，但智能变形家具领域的前景十分广阔。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种能够变形的智能一体化家具，是一种集电动机械变形、自动铺床、辅助记忆等功能智能变形一体的家具，在节省空间的同时，节约成本，提供诸多便利。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种能够变形的智能一体化家具，包括箱体500、下驱动结构300、上驱动结构200、铺床收褥机构100和被褥固定机构400；其中：所述的箱体500共有九个箱子单元503，九个箱子单元503每排三个横向连接，布置为三排，由下至上依次为第一排箱体，第二排箱体和第三排箱体；所述的下驱动结构300安装在第一排箱体侧面，且端部连接在第二排箱体上；所述的上驱动结构200底部安装在第二排箱体的侧面，且端部连接到第三排箱体上；在第三排箱体中间的箱子108内部安装有铺床收褥机构100；被褥固定机构400安装在第一排和第三排箱体后部顶板处。
所述第一排和第二排的箱子单元503的箱体结构相同；每个箱体内侧安装有控制开关箱门的电磁开关501以及触摸屏502；在第三排箱体中间的箱子108内部安装有铺床收褥机构100，所述的铺床收褥机构100包括旋转门110，旋转门110顶面通过轴安装在箱子108上的销孔内，旋转门110最大的两个面分别为正面和对着箱子108内部的背面，较窄的上下侧面被称为顶面和底面；旋转门110的正面安装有沙发软垫；B钢丝绳112一端与旋转门110背面左侧边或右侧边相连，另一端与大小滑轮组104的小滑轮相连，大小滑轮组104通过大小滑轮支架103设置在箱子108的背板处；两个换向环109分别对称安装在箱子108内的左右两侧板上，C钢丝绳113一端连接大小滑轮组104的大滑轮，并绕过换向环109，另一端与卷在卷帘轴101上的防尘布106末端相连，卷帘轴101安装在箱子108内部侧板上；两个驱动滑轮102分别对称安装在箱子108内部靠近背板处，通过侧板上的安装孔与箱子108相连，A钢丝绳111一端与驱动滑轮102相连，另一端与旋转门110底面相连；箱子108左右侧面的外表面分别安装有小电机105，小电机105通过联轴器114连接驱动滑轮102；箱子108背板的内侧与网兜107的一条边相连，网兜107的对边与旋转门110底面相连。
所述的上驱动结构200包括在第二排箱体左右侧面对称布置安装的电动推杆201和轴承座207，且每侧均为两个；单侧的两个电动推杆201中，一个电动推杆201的底部安装孔通过长轴206与同侧的轴承座207相连，长轴206横向贯穿第二排箱体；另一个电动推杆201的底部安装孔通过短轴209与同侧的另一个轴承座207相连；单侧的两个电动推杆201顶部均通过顶部安装孔与安装在第三层箱体同侧的轴承座208相连，构成一个平行四边形机构，在长轴206上设置链轮202，且链轮202置于第二排箱体左起第一个箱体中，链条203分别绕在链轮202和减速器205的输出链轮上，减速器205的输入轴与驱动电机204的联轴器连接。
在电动推杆201底部安装有自锁机构210，所述的自锁机构210包括舵机213，舵机213通过压缩弹簧连接阻挡柱212，阻挡柱212在弹簧伸长时能够插入槽轮211中阻碍槽轮运动，槽轮211固定在长轴206上，实现自锁。
所述的下驱动结构300对称布置在第一排箱体的左右两侧，包括下驱动电机304，下驱动电机304通过联轴器与丝杠303连接，在丝杠303两侧平行对称布置两根直线导轨306，两根导轨306和丝杠303上均有自带的滑块，升降台301底面与导轨306、丝杠303通过有机玻璃板连接；升降台301的螺杆与升降驱动电机302的联轴器相连，使升降台完成竖直方向的直线运动。
所述的被褥固定机构400为销钉和销孔的组合，在处于沙发和床的模式时，第一层箱体最外缘的两个角上设置有一层销孔402，一层销钉401穿过被褥插入一层销孔402内；第三层箱体最外缘的两个角上设置有三层销孔404，三层销钉403穿过另一端的被褥插入三层销孔404内。
本发明与现有家具相比，具备以下优点:
a、床、沙发和立柜的一体设计，极大地节省了空间占用率，使小户型居住者拥有了更大的空间，同时也节约了装修成本。
b、上下驱动结构分别为不同的重量设计，保证了运动精度，且机构耐久度高，也便于维修。
c、箱体中央预留的触摸屏，为智能化埋下伏笔，可以开发手机小程序给用户带来人机交互体验，用户可以随时随地控制机构运动，查询物品信息。箱体中物品的存放也可以后续通过编程拓展为语音信息并通过智能处理，这为用户提供了很多方便，用户可以直接使用语音来找到自己想要的东西，不用再翻箱倒柜。
d、自锁机构和电机的刹车自锁，保证了用户的安全，在任何情况下的断电都不会发生安全事故。
e、铺床收褥结构的设计，解放了用户的双手，为腿脚不便或者时间紧张的用户带来了很多方便，这也是现有技术未实现过的。
附图说明
图1为本发明的立柜形态结构示意图。
图2为本发明的沙发形态结构示意图。
图3为本发明的床形态结构示意图。
图4为本发明的铺床收褥机构100的结构示意图。
图5为本发明旋转推杆直驱机构的结构示意图，其中：图5A是上驱动结构200的结构示意图；图5B是自锁机构210的结构示意图。
图6为本发明下驱动结构300的结构示意图。
图7为本发明铺床结构的示意图。
图8为本发明单个箱体的结构示意图。
图9为本发明可拓展的电控系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步阐述本发明。
参照图1、图2，图3，一种能够变形的智能一体化家具，包括箱体500、下驱动结构300、上驱动结构200、铺床收褥机构100和被褥固定机构400；其中：所述的箱体500共有九个箱体单元503，九个箱子单元503每排三个横向连接，布置为三排，在图1中，由下至上依次为第一排箱体，第二排箱体和第三排箱体；所述的下驱动结构300安装在第一排箱体侧面，且端部连接在第二排箱体上；所述的上驱动结构200底部安装在第二排箱体的侧面，且端部连接到第三排箱体上；在第三排箱体中间的箱子108内部安装有铺床收褥机构100；被褥固定机构400安装在第一排和第三排箱体后部顶板处。
参照图4，图8，所述第一排和第二排的箱体单元503的箱体结构相同；每个箱体内侧安装有控制开关箱门的电磁开关501以及触摸屏502；在第三排箱体中间的箱子108内部安装有铺床收褥机构100，所述的铺床收褥机构100包括旋转门110，旋转门110顶面通过轴安装在箱子108上的销孔内，旋转门110最大的两个面分别为正面和对着箱子108内部的背面，较窄的上下侧面被称为顶面和底面；旋转门110的正面安装有沙发软垫；B钢丝绳112一端与旋转门110背面左侧边或右侧边相连，另一端与大小滑轮组104的小滑轮相连，大小滑轮组104通过大小滑轮支架103设置在箱子108的背板处；两个换向环109分别对称安装在箱子108内的左右两侧板上，C钢丝绳113一端连接大小滑轮组104的大滑轮，并绕过换向109环，另一端与卷在卷帘轴101上的防尘布106末端相连，卷帘轴101安装在箱子108内部侧板上；两个驱动滑轮102分别对称安装在箱子108内部靠近背板处，通过侧板上的安装孔与箱子108相连，A钢丝绳111一端与驱动滑轮102相连，另一端与旋转门110底面相连；箱子108左右侧面的外表面分别安装有小电机105，小电机105通过联轴器114连接驱动滑轮102；箱子108背板的内侧与网兜107的一条边相连，网兜107的对边与旋转门110底面相连。
收被褥时，旋转门110背面与箱子108顶面齐平，被褥置于旋转门110背面上，小电机105反转，旋转门110因重力向下方旋转，被褥入箱落到网兜107里，防尘布106在大小滑轮组104控制下随旋转门110的运动被C钢丝绳113从卷帘轴101上拉出，覆盖箱子108上顶面。取被褥时，旋转门110背面与箱子108前面的内侧面平齐，被褥置于网兜107内，小电机105正转带动驱动滑轮102通过A钢丝绳111拉起旋转门110，带出被褥，防尘布106在大小滑轮组104控制和卷帘轴101的作用下随旋转门110的运动收回卷帘轴101。
参照图5A，所述的上驱动结构200包括在第二排箱体左右侧面对称布置安装的电动推杆201和轴承座207，且每侧均为两个；单侧的两个电动推杆201中，一个电动推杆201的底部安装孔通过长轴206与同侧的轴承座207相连，长轴206横向贯穿第二排箱体；另一个电动推杆201的底部安装孔通过短轴209与同侧的另一个轴承座207相连；单侧的两个电动推杆201顶部均通过顶部安装孔与安装在第三层箱体同侧的轴承座208相连，构成一个平行四边形机构，在长轴206上设置链轮202，且链轮202置于第二排箱体左起第一个箱体中，链条203分别绕在链轮202和减速器205的输出链轮上，减速器205的输入轴与驱动电机204的联轴器连接。
参照图5B,在电动推杆201底部安装有自锁机构210，所述的自锁机构210包括舵机213，舵机213通过压缩弹簧连接阻挡柱212，阻挡柱212在弹簧伸长时能够插入槽轮211中阻碍槽轮运动，槽轮211固定在长轴206上，实现自锁。
参照图6，所述的下驱动结构300对称布置在第一排箱体的左右两侧，包括下驱动电机304，下驱动电机304通过联轴器与丝杠303连接，在丝杠303两侧平行对称布置两根直线导轨306，两根导轨306和丝杠303上均有自带的滑块，升降台301底面与导轨306、丝杠303通过有机玻璃板连接；升降台301的螺杆与驱动电机302的联轴器相连，使升降台完成竖直方向的直线运动。
与丝杠303连接的下驱动电机304控制丝杠303转动，使丝杠303上的滑块带动升降台301完成水平直线运动，且该滑块不支承升降台重量；安装在升降台301底部的两导轨306上的滑块随升降台的运动而运动，起到支承升降台301重量与减小升降台301运动摩擦的作用。在第一排箱体的左右两侧对称布置的两个升降台301依靠其上安装的下驱动电机304同步驱动，实现第二排箱体在竖直方向上的直线运动。丝杠303和升降台301的复合运动即为第二排箱体的总运动。当第二排箱体主要的变形运动为向前落下，变形为沙发或床。当第二排箱体主要的变形运动为向后抬升，变形为立柜。
参照图7，所述的被褥固定机构400为销钉和销孔的组合，在处于沙发和床的模式时，第一层箱体最外缘的两个角上设置有一层销孔402，一层销钉401穿过被褥插入一层销孔402内；，第三层箱体最外缘的两个角上设置有三层销孔404，三层销钉403穿过另一端的被褥插入三层销孔404内。
本发明的工作原理为：
所述的下驱动结构300可以通过两个动力源的驱动使端部在二维平面内运动，从而控制第二排箱体在二维平面内的运动。上驱动结构200可以通过动力源的驱动使第三排箱体在二维平面内运动。铺床收褥机构100可以帮助用户完成铺床收褥。被褥固定机构400可以帮助用户固定被褥的四个角。整个装置可拓展安装电控系统，电控系统以树莓派为核心，外加语音识别的服务器，完成机构的运动控制和与用户的信息交互。通过第二、第三排箱体的运动可以使结构在立柜、沙发、床三种形态中自由转换，实现一物三用，结构示意图见图1，图2，图3。所有箱体的门上均装有电磁开关501，用户在放入物品的同时可以存储用户提供的语音信息并记录到系统中，当用户需要取出物品时，系统只需获得相应的语音信息就可以打开对应的箱门。
被褥在收入箱子108内前，箱子108顶部由箱子108顶面和旋转门110背面共同支撑，旋转门110依靠小电机105刹车，使两根钢丝绳111产生的拉力保持旋转门背面与箱子108顶面共面。收到控制器发来的收被褥指令后，小电机105解除刹车状态，旋转门110依靠自身以及被褥的重力绕箱子108前顶棱向下旋转，带动网兜107展开，使A钢丝绳111和B钢丝绳112分别从驱动滑轮102上和大小滑轮104的大滑轮上被拉出；网兜107展开后，被褥落入网兜107内；拉动A钢丝绳111带动驱动滑轮102旋转；拉动B钢丝绳112带动大小滑轮104旋转；大小滑轮104的旋转使钢丝绳113缠绕到大小滑轮104的小滑轮上，使C钢丝绳113另一端连接的防尘布106被拉出。当旋转门110旋转90°后，被褥由网兜107盛放，完全进入箱体108内，防尘布106恰好覆盖箱子108顶部。
被褥在自动移出箱子108前位于箱体108内部，由网兜107盛放。收到控制器发来的移出被褥指令后，小电机105开始旋转，带动驱动滑轮102旋转；驱动滑轮102的旋转使A钢丝绳111绕到驱动滑轮102上，使A钢丝绳111被收回；A钢丝绳111的回收拉动旋转门110绕箱子108前顶棱向上旋转；旋转门110的旋转使B钢丝绳112受到的拉力减小，进而使B钢丝绳112对大小滑轮104产生的力矩减小；大小滑轮104受到的力矩减小使大小滑轮对C钢丝绳113的拉力减小，进而使C钢丝绳113对防尘布106的拉力减小；防尘布106受到钢丝绳113的拉力减小，受到卷帘轴101自身扭簧的拉力不变，在扭簧拉力的作用下，卷回卷帘轴101上。旋转门110的旋转也使网兜107被折叠收回，网兜内的被褥被旋转门向箱子108外侧顶出。当旋转门110旋转90°后，旋转门110背面与箱子108顶面共面，小电机105启动刹车，被褥由旋转门110顶出箱子108，放置在箱体顶面处。
图5所示，上驱动结构200可以实现电动推杆201在yz平面的90度旋转。由驱动电机204通过联轴器205带动齿轮旋转，齿轮与链条203同步转动带动链轮202旋转，同时链条203与长轴206固连，长轴206旋转带动两侧法兰实现推杆旋转，最终实现整体的旋转功能。
通过设置两侧对称的平行直线电动推杆201，可以得到平行四杆机构，可以在旋转的同时保持上层物体的平稳，电动推杆201通过第三层的轴承座208与箱体相连接。为了节省机构的体积，旋转电机204与长轴206布置在箱体内；在通过箱体的部分使用轴承座207与箱体连接，降低摩擦，保证同轴度。
为了避免旋转过程失控，设计了自锁机构210，在发生危险及紧急情况下可以对旋转机构进行自锁。舵机213控制阻挡柱212，在正常情况下，位置为初始位置，在紧急情况下，舵机213伸长，阻挡柱212伸出，卡入槽轮211，实现机械自锁。
图6所示，下驱动结构300可以实现z轴与y轴方向的直线运动，其中抬升降台301是利用丝杠303通过升降驱动电机302进行驱动旋转，实现总体抬升，该升降台301与普通抬升机构一样，使用铝材制造，可直接从市场购买相应模块。升降驱动电机302是小型直流电机，电机通过电机座305与抬升层301上板固连，升降驱动电机302驱动带动升降台301侧边连杆旋转实现抬升功能。
底部直线导轨通过下驱动电机304驱动滑轨丝杆303，从而带动升降台301在滑轨306上进行平移运动。整个升降台301主要由两个抬升层串联而成，独立控制，便于控制，调节抬升高度。直线导轨模块也是标准的直线滑轨，可以从市场上直接购买。
抬升部分与平移部分通过4个滑块进行组合，与丝杠303连接的下驱动电机304控制丝杠303转动，使丝杠303上的滑块带动升降台301完成水平直线运动，且该滑块不支承升降台重量；安装在升降台301底部的两导轨306上的滑块随升降台的运动而运动，起到支承升降台301重量与减小升降台301运动摩擦的作用。在第一排箱体的左右两侧对称布置的两个升降台301依靠其上安装的下驱动电机304同步驱动，实现第二排箱体在竖直方向上的直线运动。丝杠303和升降台301的复合运动即为第二排箱体的总运动。当第二排箱体主要的变形运动为向前落下，变形为沙发或床。当第二排箱体主要的变形运动为向后抬升，变形为立柜。
图7所示的被褥固定机构400，铺床与叠被是依靠家具整体的变形运动实现的。对于铺床过程，在铺床以前，在处于沙发和床的模式时，一层销钉401穿过被褥插入第一层箱体上的一层销孔402内；三层销钉403穿过另一端的被褥插入三层销孔404固定在家具体第三层的箱体上。当家具体由沙发模式变为床模式时，第三层的箱体向前移动，带动被褥铺展开。
对于叠被过程，在叠被以前，家具处于床模式，被褥用和铺床时相同的方式固定在家具体上。当家具体由床模式变为沙发模式时，第三层的箱体抬高并向后运动，使被褥折叠。
图9所示的可拓展的电控系统，可将本发明拓展为自动化智能化控制，将本发明的上的电机、电磁开关501，触摸屏502与电控系统连接来实现，比如由树莓派通过WIFI与ESP32通信来实现对于电机组的控制，树莓派还可以通过WIFI与ESP8266通信达到控制电磁铁是否工作的目的。用户与树莓派之间的交互存在两种途径，一方面，树莓派上连接有触摸屏502，以便用户以离线方式进行有关操作，另一方面，用户可以通过手机微信小程序来远程对树莓派发出命令以实现对本发明的有关操作。

Claims (4)

1.一种能够变形的智能一体化家具，其特征在于，包括箱体(500)、下驱动结构(300)、上驱动结构(200)、铺床收褥机构(100)和被褥固定机构(400)；其中所述的箱体(500)共九个箱体单元(503)，九个箱子单元(503)每排三个横向连接，布置为三排，由下至上依次为第一排箱体，第二排箱体和第三排箱体；所述的下驱动结构(300)安装在第一排箱体侧面，且端部连接在第二排箱体上；所述的上驱动结构(200)底部安装在第二排箱体的侧面，且端部连接到第三排箱体上；在第三排箱体中间的箱子(108)内部安装有铺床收褥机构(100)，被褥固定机构(400)安装在第一排和第三排箱体后部顶板处；
所述第一排和第二排的箱体单元(503)的箱体结构相同；每个箱体内侧安装有控制开关箱门的电磁开关(501)以及触摸屏(502)；在第三排箱体中间的箱子(108)内部安装有铺床收褥机构(100)，所述的铺床收褥机构(100)包括旋转门(110)，旋转门(110)顶面通过轴安装在箱子(108)上的销孔内，旋转门(110)最大的两个面分别为正面和对着箱子(108)内部的背面，较窄的上下侧面被称为顶面和底面；旋转门(110)的正面安装有沙发软垫；B钢丝绳(112)一端与旋转门(110)背面左侧边或右侧边相连，另一端与大小滑轮组(104)的小滑轮相连，大小滑轮组(104)通过大小滑轮支架(103)设置在箱子(108)背板处；两个换向环(109)分别对称安装在箱子(108)内的左右两侧板上，C钢丝绳(113)一端连接大小滑轮组(104)的大滑轮，并绕过换向(109)环，另一端与卷在卷帘轴(101)上的防尘布(106)末端相连，卷帘轴(101)安装在箱子(108)内部侧板上；两个驱动滑轮(102)分别对称安装在箱子(108)内部靠近背板处，通过侧板上的安装孔与箱子(108)相连，A钢丝绳(111)一端与驱动滑轮(102)相连，另一端与旋转门(110)底面相连；箱子(108)左右侧面的外表面分别安装有小电机(105)，小电机(105)通过联轴器(114)连接驱动滑轮(102)；箱子(108)背板的内侧与网兜(107)的一条边相连，网兜(107)的对边与旋转门(110)底面相连。
2.根据权利要求1所述的一种能够变形的智能一体化家具，其特征在于，所述的上驱动结构(200)包括在第二排箱体左右侧面对称布置安装的电动推杆(201)和轴承座(207)，且每侧均为两个；单侧的两个电动推杆(201)中，一个电动推杆(201)的底部安装孔通过长轴(206)与同侧的轴承座(207)相连，长轴(206)横向贯穿第二排箱体；另一个电动推杆(201)的底部安装孔通过短轴(209)与同侧的另一个轴承座(207)相连；单侧的两个电动推杆(201)顶部均通过顶部安装孔与安装在第三层箱体同侧的轴承座(208)相连，构成一个平行四边形机构，在长轴(206)上设置链轮(202)，且链轮(202)置于第二排箱体左起第一个箱体中，链条(203)分别绕在链轮(202)和减速器(205)的输出链轮上，减速器(205)的输入轴与驱动电机(204)的联轴器连接；
在电动推杆(201)底部安装有自锁机构(210)，所述的自锁机构包括舵机(213)，舵机(213)通过压缩弹簧连接阻挡柱(212)，阻挡柱(212)在弹簧伸长时能够插入槽轮(211)中阻碍槽轮运动，槽轮(211)固定在长轴(206)上，实现自锁。
3.根据权利要求1所述的一种能够变形的智能一体化家具，其特征在于，所述的下驱动结构(300)对称布置在第一排箱体的左右两侧，包括下驱动电机(304)，下驱动电机(304)通过联轴器与丝杠(303)连接，在丝杠(303)两侧平行对称布置两根直线导轨(306)，两导轨(306)和丝杠(303)上均有自带的滑块，升降台(301)底面与导轨(306)、丝杠(303)通过有机玻璃板连接；升降台301的螺杆与驱动电机(302)的联轴器相连。
4.根据权利要求1所述的一种能够变形的智能一体化家具，其特征在于，所述的被褥固定机构(400)为销钉和销孔的组合，在处于沙发和床的模式时，第一层箱体最外缘的两个角上设置有一层销孔(402)，一层销钉(401)穿过被褥插入一层销孔(402)内；第三层箱体最外缘的两个角上设置有三层销孔(404)，三层销钉(403)穿过另一端的被褥插入三层销孔(404)内。
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