安徽理工大学第五届机械设计创新

大赛

参赛作品设计说明书

作品名称： 家用智能叠衣机设计 设 计 者： 汪兵、李富华、姚峰、张俊翔、包佳仪 指导教师： 程迎松、郭莉 参赛单位： 安徽理工大学

家用智能叠衣机设计说明书

设计者：汪兵，李富华，姚峰，张俊翔，包佳仪

指导教师：程迎松，郭莉 （安徽理工大学，淮南232001）

作品内容简介

本作品一种家用智能叠衣机。它主要是由底座、折叠装置、旋转式抽屉装置、齿轮齿条机构、传感器、伺服电机和控制器组成。结构简单，方便快捷地折叠各种衣服，并可将其自动分类存放，实现叠衣服的智能化。

本作品将多手臂折叠法运用于折叠装置中，通过单片机编程控制舵机转动，进而驱动折叠手臂旋转。独创性地采用旋转式抽屉装置，通过传感器识别衣服种类，电机驱动旋转架，实现了衣物自动分类存放。抽屉通过移动副与旋转架相连接，巧妙地使用齿轮齿条机构，齿轮齿条啮合运动，通过电机带动抽屉移动，实现了抽屉的自动弹出和收回功能。

1. 研制背景及其意义

随着国民经济水平的的提高，人们生活节奏的加快，越来越多的人没有时间来照料自己的生活，日常生活中，叠衣服是非常频繁而且琐碎的工作，人们主要是依靠自己手动叠衣，没有合适的自动化装置进行叠衣。

对于上班族来说，工作压力越来越大，因而对家务投入的时间越来越少，大部分人不愿意亲自去整理衣物。如衬衫是众多职业办公室必备单品，最能体现职场的精明干练，而衬衫的折叠要求极高，人手动折叠，易褶皱，很难其回归本来面容。

对于我们大学生来说，课程越来越多，学业越来越繁重。每天在自习室和图书馆埋头苦学，好不容易抽出时间把衣服收了，叠衣服又是一个让我们头疼的事情。叠的不整齐还不如不叠，而且当衣服的数量比较多的时候也是相当费时费力。

对于失去自理能力的老年人和残疾人来说，整理衣物更是一件十分不易的事。 叠衣服的好处多多呀，比如说看起来整齐干净，能养成好习惯，节约空间，面积小了可以减少受到污染的几率，而且可以及时找到需要的衣物。但是花大把时间去叠衣服却是极其郁闷的事。

目前，从一方面来说，市场上出现了折叠板来折叠衣服，但仍需人手动叠衣服，所以不是最理想的替代方式。从另一个方面来说，市场上虽然有一些代替做家务的高科技智能机器

人，但他们普遍造价昂贵，使用方法复杂，修理困难，所以很难得到普及。因此市场急需一种价格便宜、操作简单、维修方便、效率较高的机器人作为生活助理，为他们解决家务上的某些不便。

为了解决这一生活中的小麻烦，借着这次“第五届机械创新设计大赛”的休闲娱乐机械和家庭用机械的设计和制作这一主题，我们便设计制作了经济型家用智能叠衣机可以满足上述需要，解决这些困难。本作品提供了一种家用智能叠衣机，能方便快捷地折叠衣服，并可将其自动分类储存。

2. 设计方案

2.1 折叠装置部分设计

将多手臂折叠法运用于折叠装置中，该装置由上支撑板、折叠板、L型架、舵机和舵机架组成，L型架长端与折叠板相固连，其短端与舵机输出轴通过花键连接，舵机通过螺钉固定于舵机架，舵机架安装于上支撑板上。

如图所示，图1是折叠装置结构示意图，图2是折叠装置的实物照片。

图1 折叠装置结构示意图

图2折叠装置的实物照片

2.2旋转式抽屉装置结构设计

轴承安装于下支撑板定位轴上，轴承套于旋转架中心孔内，旋转架尾端设有万向轮，旋转架可以绕下支撑板定位轴旋转。电机通过电机固定支架固定于定位杆，电机输出轴与旋转架通过平键连接，从而驱动旋转架旋转，抽屉置于旋转架上方，通过移动副连接，抽屉可在旋转架上径向移动

如图所示，图3是的蜗轮电机固定，图4旋转架结构示意图，图5为旋转式抽屉实物照片。

图3 蜗轮电机固定

图4 旋转架位置关系图

图5 旋转式抽屉装置实物照片

2.3衣服自动识别及分类储存设计

上支撑板设有三个定位孔，光电传感器分别安装于定位孔内，衣服置于折叠板上，通过衣服遮住不同位置的光电传感器，向控制器输入不同的信号，从而实现衣服的自动识别功能。在上支撑板下和方定位杆前方固定有传感器支撑架，四个光电传感器对称固定于传感器支撑架下端，不同抽屉尾端的外挡板上方设有不同位置的两个U型槽，由识别衣服种类的传感器向控制器输入信号，控制器控制伺服电机转动，驱动旋转架旋转，旋转架带动抽屉圆周运动，当抽屉外板上的两个U型槽分别于与传感器支撑架上传感器的其中两个相对应时，传感器向控制器输入反馈信号，伺服电机停止转动。不同种类的衣服对应不同的抽屉，从而实现了衣

服自动识别及分类存放。

如图所示，图6识别衣服种类的光电传感器位置分布图，图7存放不同种类衣服抽屉的旋转定位。

图6 识别衣服种类的光电传感器位置分布图

图7存放不同种类衣服抽屉的旋转定位

2.4 抽屉自动弹出与收回部分设计

导轨固定于下支撑板前端，伺服电机通过伺服电机架固定于导轨上，齿条与导轨相对齐并固定于下支撑板，伺服电机输出轴与齿轮通过花键连接，齿轮齿条啮合，当衣服放满抽屉时，传感器支撑架上传感器向控制器输入信号，控制器控制伺服电机转动，齿轮齿条啮合运动，伺服电机沿导轨移动，伺服电机架上挡片带动抽屉向外移动，拿出衣服后，伺服电机反向转动，抽屉收回，从而实现了抽屉自动弹出与收回功能。

如图所示，图8导轨定位的定位，图9齿轮齿条啮合运动

图8 导轨定位的定位

图9 齿轮齿条啮合运动

3. 理论设计计算

设计参数：

齿轮 m=1，z=10；齿条m=1，z=106； 轴承 代号6004；

舵机 型号CDS5500xx，最大扭矩：16Kgf·cm，转速：最高0.16s/60°输出转速，输入电压范围：DC6.8V～14V；

蜗轮电机 型号：GW31ZY，电压：DC12V，空载转速:14r/min，负载转速： 10.5r/min输出扭矩：30kg.cm，额定电流：1.7A，重量：0.38kg

叠衣机参数：90×90×24cm

理论计算：

舵机驱动齿轮最大扭矩力：F1=16Kgf·cm/5cm=3.2kgf=3.2x9.8=31.36N 齿轮齿条啮合运动推动抽屉移动最大推力F1=31.36N 如图所示，图10为旋转架

旋转架转动所需最小扭矩:G=5kg,l=38cm,f=0.4，F=Gxf=2N， 扭矩<(G+f)xl=26.6kg.cm

图10 旋转架 4. 工作原理及性能分析

本设计主要运用了机械传动原理和可编程控制技术，其中抽屉自动弹出与收回运用了齿轮齿条机构,衣服的分类存放运用了电机驱动旋转架的原理，衣服的折叠装置和衣服自动识别设计是通过微程序控制的。具体工作原理如下：

图10 旋转架

衣服分类存放装置的原理：如图所示，旋转架（4）通过定位轴（1）固定于下支撑板，蜗轮电机驱动旋转架（4）旋转，并在旋转架安有轴承（2）与万向轮（3）用滚动摩擦代替滑

动摩擦以减小旋转时带来的摩擦阻力，旋转架上凹槽与抽屉构成移动副使抽屉实现沿导轨移动。

图11 抽屉自动弹出与收回结构示意图

抽屉自动弹出与收回装置原理：如图 所示，导轨（1）与齿条（5）相对齐并固定于

下支撑板，伺服电机架（2）将伺服电机（4）固定于导轨（1）上，伺服电机（4）输出轴与齿轮（3）通过花键连接，齿轮（3）齿条（5）啮合，伺服电机（4）转动，带动齿轮（3）齿条（5）啮合运动，驱动伺服电机（4）在导轨（1）上移动，伺服电机架（2）上挡片带动抽屉径向往返移动。

初始化主循环否否裤 子是折叠裤子循 环短 袖是折叠短袖循 环长 袖是折叠长袖循 环否裤子抽屉旋转抽屉裤子抽屉否短袖抽屉否是旋转抽屉短袖抽屉否长袖抽屉否是旋转抽屉长袖抽屉否是放入抽屉是旋转停止旋转抽屉是旋转停止旋转抽屉是旋转停止旋转抽屉放入抽屉放入抽屉跳出循环跳出循环跳出循环循 环否抽屉放满循 环否抽屉放满循 环否抽屉放满是弹出抽屉是跳出循环弹出抽屉是跳出循环弹出抽屉跳出循环弹出抽屉弹出抽屉弹出抽屉

图 12程序架构图

衣服置于折叠装置上，光电传感器采集信号，通过衣服遮住不同位置的光电传感器，实现衣服种类的自动识别折叠。单片机控制蜗轮电机转动，驱动旋转架旋转，通过不同抽屉的U型槽位置与光电传感器相对应，从而自动选择定位存放不同衣服的抽屉，实现衣服的分类存放。当抽屉衣服放满时，抽屉自动弹出与收回。

5. 创新点及其应用

1. 将多手臂折叠法运用于折叠装置中，同时实现了叠上衣和裤子的功能。 2. 独创性采用旋转式抽屉装置，可有效的自动快速分类储存衣物。

3. 巧妙地使用齿轮齿条机构，通过电机驱动抽屉移动，实现了抽屉的自动弹出和收回功能。

本作品采用手臂折叠法，可有效的快速折叠各种衣服，并可自动分类储存衣物。而且结构设计简单、机构设计巧妙、性能稳定好、实用性强、制造成本低等优点，可广泛推广于家庭、公寓、旅店以及各种大型宾馆等相应场合，必将为日常生活带来诸多便捷。

6. 作品实物照片

图12作品总体实物图

参考文献

[1] 王成军，沈豫浙.应用创造学[M].北京：北京大学出版社，2010 [2] 濮良贵.机械设计(第七版)[M].北京：高等教育出版社，2001

[3] 姚宪华、梁健宏主编.创意之星：模块化机器人创新设计与竞赛[M].北京：北京航空航

天大学出版社，2010

[4] 高博．叠衣板．国家知识知识产权局，2010，201020654133.8