多功能组合家具说明书武汉工业学院.doc

编号鄂创新-10-XXXXXX（由大赛组委会办公室填写）2012年湖北省高校大学生机械创新设计大赛暨第五届全国大学生机械创新设计大赛湖北分区预赛设计说明书参赛学生：汪程罡 张祎濛 邹亚林清霖 孙佩锋指导教师： 张国全 吴德明 武汉工业学院二0 一二年4月 第五届全国大学生机械创新设计大赛报名表参赛作品名称创意组合家具作品类别休闲娱乐机械类家庭用机械类是否属慧鱼组：是/否所在学院武汉工业学院邮政编码430000联系人吴德明联系人通讯地址武汉常青花园中环路特1号武汉工业学院科技大楼14楼电 话手参赛者姓名性别班级所学专业签名1汪程罡男过控092过程装备与控制工程2张祎濛男工设091工业设计3邹亚男过控092过程装备与控制工程4林清霖男过控092过程装备与控制工程5孙佩锋男过控092过程装备与控制工程指导教师姓名性别职称专业签名1张国全男教授包装工程2吴德明男讲师包装工程作品内容简介（限400字以内）本作品是一种家用创意组合家具，其实体为一种结合多种家具功能的家具组合。该组合家具以一般家具为基础，通过加入远程操控部分实现了远程控制。家具内部则加入了电机，电机通过一系列机构与家具各个组成部分相连接。家具组合内部的GSM控制模块可接受远程信息，使家具组合可根据人的需求在家中变换成各种家具组合形式。与现有一般家具相比，该家具更加适合当今市场上的小户型。同时，由于可以进行远程操控，也更加适合当今年轻人的使用，具有更好的使用舒适性和便捷性。目录一、作品内容简介3二、设计思路3三、主要功能及工作原理3四、原理分析7五、结构设计9六、操作使用步骤12七、创新点12八、与同类产品的比较12九、推广应用价值13一、作品内容简介本作品为一种多功能家具组合，其实体为一种结合多种家具功能的家具组合。主要改进为将以往功能单一的家具集成在一组合实体上，并在组合体中加入远程操控部分及机械运动机构。人们通过手机对家具组合进行远程操控或者直接操控，从而使家具组合变成自己需要的家具，进而进行使用。二、设计思路1、随着我国的发展，住房问题日益严重，全国房屋价格一涨再涨，在这种情况下，小户型随之诞生。小户型虽然解决了部分居民的住房问题，但是其也存在着住房面积过小，一间房间必须多用；面积过小导致家具无法摆放等问题。这些问题主要都是由于传统家具无法满足现代家居生活而产生的。为了解决这些问题，我们设计了创意家居组合，将多种家具的功能集中在一个组合上面。通过这种组合，可以达到一组合多用，方便转换的目的，能够更加充分地利用室内空间，在不减少使用功能的情况下将所需面积降到最低。2、在传动装置的设计上，该作品采用了成熟的连杆装置和齿轮齿条装置，该装置工作性能稳定，可靠性较高，使得该组合在长时间不经过专业维护的情况下依然能够正常工作，从而确保了一般家庭的使用便捷性。3、在操控装置的设计上，该作品同时采取了短距离直接操控与远程操控并存技术。一方面可以使使用人员在不方便操控时直接通过手机SMS远程操控，更方便人员的使用；另一方面，该组合依旧可以通过直接的开关操作达到近距离操作的目的，使得组合更具有可变性。4、在设计中还采用了SMS远程接收器。接收器可接受远程的手机信号，根据手机信号完成相应动作，从而大大提高了工作效率，方便了人们的使用。三、主要功能及工作原理1、创意家居组合的主要功能：（1）该组合家具能够充分适应目前市场上的小户型的需求，能够在用户的控制下变形成为衣柜、写字台、床等家具。（2）该组合可通过手机远程SMS操控，亦可通过使用人员近距离开关操作，使该组合具有极强的可操作性和适应性。2、工作原理：（1）控制部分l 远程SMS操控SMS操控，即手机短信远程操控。这里我们主要运用基于GSM的SMS远程操控，其主要原因如下：a) GSM系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。b) GSM的短信息系统以其快捷方便而且廉价的特点拥有广泛的用户，同时也为远程监控提供了一种新的技术手段。c) 利用GSM短信息(SMS)进行远程监控具有投资少、成本低、可靠性高等特点，在一些对操作和监控的实时性要求不高的情况下具有很高的性价比。我们采用的无线GSM通信模块TC35是SIEMENS公司推出的GSM专用调制解调器，主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成，可完成语音、数据、短消息以及传真的传送。TC35T具有标准的工业接口和完整的SIM卡阅读器，因此使用非常简单，其结构如图1所示。RS232MCU（MSP430FX）TC35模块手持设备（如：手机、PDA）TC35模块IO创意家居组合步进电机图1.SMS操控结构图以上是控制家居的简单框图。本控制系统主要用TC35实现家居的智能控制，控制者可以使用手机或者掌上智能设备方便地控制家用电器。比如说，将创意家居组合变成成为床。在下班之前将创意组合家具变为床，回到家以后可直接上床休息。创意组合家具各种变形状态用按钮实现的功能，完全可以在掌上设备找到，整个系统可以用嵌入式实现，更加方便易用。并且可以让家里的防盗报警信息实时传送到房间的主人，是报警还是采取其它措施完全在掌上设备实现。步进电机写短信：变形为床MCUTC35模块系统中使用的单片机是超低功耗的，TC35模块也是低功耗的，整个系统使用电池，完全符合对低功耗的要求，有巨大的实用价值。并且整个系统完全可以实现，现在已经把小系统的电路做出来了，将要组装测试，只要测试成功就可以进行整个大系统的调试。图2.SMS工作示意图l 近距离手动操作为了方便人们更加方便地使用该家具组合，我们在加入了一般的近距离操作系统。其主要工作原理如下图所示。家具组合进行相应变化步进电机带动响应机械部分相应步进电机工作接通响应电路开关图3.近距离操作工作示意图（2）机动部分本家具组合动力部分采用两台步进电机。通过电机驱动相应结构使得该家具组合可任意变形为床、衣柜、书柜、写字台等家具。 变形为床当GSM模块接收到信号或人员近距离手动操作时，模块将相应信号传递给步进电机A，步进电机A通过驱动齿轮将组合整体旋转，将床体旋转到组合前方；完成窗体旋转动作后，模块将信号传递给步进电机B，步进电机B驱动连杆机构，将床体放下。组合完成变形为床的命令，处于待机状态。当命令床体恢复成组合状态时，执行命令为逆向顺序，从而将床体恢复成组合状态，将床体隐藏起来。床体恢复为家具组合初始状态。其工作结构如图所示图4.旋转结构机构示意图图5.旋转结构机构示意图 变形为衣柜当GSM模块接收到信号或人员近距离手动操作时，模块将相应信号传递给步进电机A，步进电机A通过驱动齿轮将组合整体旋转，将衣柜旋转到组合前方，组合完成变形为衣柜的命令，处于待机状态。当命令衣柜恢复成组合状态时，执行命令为逆向顺序，从而将衣柜恢复成组合状态。其工作状态如图所示.图6.衣柜机构示意图 变形为书柜与写字台当GSM模块接收到信号或人员近距离手动操作时，模块将相应信号传递给步进电机A，步进电机A通过驱动齿轮将组合整体旋转，将衣柜旋转到组合前方，完成窗体旋转动作后，模块将信号传递给步进电机C，步进电机C驱动丝杆，丝杆将两衣柜想两侧移动，从而将隐藏的衣柜写字台展现。组合完成变形为衣柜写字台的命令，处于待机状态。当命令书柜、写字台恢复成组合状态时，执行命令为逆向顺序，从而将书柜写字台恢复成组合状态。其工作结构如图所示图7.丝杆机构示意图四、原理分析1、SMS控制运用作品运用到基于GSM和TC35的远程控制，其主要分为电源部分、GSM部分和单片机部分。1) 电源部分：由于MSP430F149单片机用3.3V供电，而GSM模块需用3.6V电源供电，且峰值电流达2A以上，故设计了两个不同的电源，分别产生3.3V和3.6V。设计电路如下：2) GSM模块部分：由于GSM模块与MSP430F149单片机通过RS232（串口）联系，故设计电路较为简单。本实验主要为以后扩展考虑，故留出了较多端口。设计电路图如下：3) 单片机部分：由于MSP430F149单片机通过TXD、RXD两条串口线与GSM模块联系，且控制的继电器也比较少，故而也比较简单。多余的端口主要用于扩展使用。设计电路图如下：2、连杆机构的运用连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。此外，低副面接触的结构使连杆机构具有以下一些优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。本作品需要机构达到分离、合并、旋转等一般性的运动；同时，由于本作品不承受过大的压力，速度较低，因此采用了运用广泛的连杆机构，通过连杆机构达到变形目的。3、齿轮齿条机构的运用 齿轮齿条传动有以下特点：a) 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，闭式传动效率为96%99%，这对大功率传动有很大的经济意义。b) 结构紧凑 比带、链传动所需的空间尺寸小。c) 传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，正是由于其具有这一特点。d) 工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。因此，在本作品中，我们运用了成熟的齿轮齿条传动，来达到相应目的。五、结构设计1、 总体设计整体来看，该家具是由床、衣柜、书柜、书桌组成，变形分别为床身翻转机构、衣柜平移机构，整体回转机构使其运动。如图所示。图8.总体结构展开图2、床部分该部分由床身翻转机构，床身，驱动电机组成，当电机接到GSM远程控制模块工作命令时，带动床身翻转机构运动，如图所示。图9.床体展开示意图图10.四杆机构示意图3、 衣柜写字台部分该部分主要由GSM模块控制电机，从而带动两个反向丝杆构成衣柜平移机构使其向两边分开，如图所示：图11.丝杆机构示意图图12.展开机构示意图4、 书柜部分两移动模块内部左右各设有一个空箱部分，可放置一般用书及杂物。图13.书柜机构示意图六、操作使用步骤本作品为一家具组合。该组合可以通过远程手机SMS操作及近距离直接操作。远程SMS操作步骤：1、 将相应SIM卡插入模块中；2、 在模块中确定可操控号码并激活模块；3、 运用相应手机编辑短信发送至模块中SIM对应卡号中，如：编辑“变形为床”发送至130XXXXXXXX；4、 模块做出相应反应。近距离操作步骤： 直接通过操控相应开关来确定组合变形形态，组合做出相应反应。七、创新点l 为日益增长的小户型住房提供可以自由变化的组合家具,以节省空间； l 集书架，衣柜，写字台及床于一体，使单个房间功能多样化，例如既可以成为书房又可以成为卧房，与此同时还可以适合商住两用房和办公室,合理布局，完美搭配； l 兼容远程控制与电动进程控制两种控制方式，实现机电一体化，方便使用；l 卫生清洁 ，收放自如，其中，床不用时可以收起，不存在卫生死角，不容易脏；床架用的是流行排骨板条结构，透气性好，弹性强。八、与同类产品的比较目前，虽然我国住房面积不断变小，但是市场上尚未出现与本品类似的家居产品，传统家具仍然占据市场的大部分。国外虽然已经存在一些折叠家具与隐藏式家具，但是形式单一，多以折叠床为主，且以手动操作为主，极少涉及电动控制，更无远程控制之说。九、推广应用