基于C++源碼編程的AI智能自動化桌子

熊子軒，李瀛宇

基于C++源碼編程的AI智能自動化桌子

熊子軒，李瀛宇

（雛鷹翊智（北京）教育科技有限公司，北京 100000）

經過調研分析得出，現有的學習桌并不能根據使用者的需求自動調節桌面坡度及高度，均需手工調節，且坡度、高度均為固定值，調節費時費力，通常不能通過桌子完成自動調節，需要使用者手動調節，不適用人們日常的工作學習環境。為了適應大眾在日常工作學習中的不同需求，讓調節更準確、省事，決定制作基于C++源碼編程的AI智能自動化桌子，讓學習桌不僅能夠根據使用需求自動調節坡度和高度，還可以通過手機遠程控制。

C++；AI智能；自動化學習桌；遠程控制

通過調查發現，雖然工作時使用的電腦桌比較大，但顯示器占了60%的區域，人們希望辦公桌可以安放顯示器，但又不占用過多的桌面空間。通過研究調查發現，可以制作一款通過手機遠程控制操控高度，以滿足對不同身高的人對桌子高度的需求，并可以自動控制桌面的坡度和安放顯示器的學習桌。

1 調查與分析

為了能更好地設計并制作一款全系的學習桌，需要進行相應的調查與研究，并制訂研究方案和調研計劃來保證工作的高效率與準確性。分別采用網絡調研法和問卷調查法來明確學習桌的功能和實際需求，這樣既能滿足人們的需求，也能讓調查更有統計意義，便于對學習桌進行設計與制作。

2 網絡調研

2.1 360網站搜索

搜索的關鍵詞為：課桌、可調的課桌、可調高度的課桌。搜索結果：沒有可以自動調節高度以及坡度的桌子。

結果分析：通過在360搜索得到以上結論，經過分析和查看，現有的課桌基本上都是采用機械方式，即拆卸螺絲，重新對眼，過程比較復雜且不易操作，不符合筆者對課桌的要求。

2.2 國家知識產權局

關鍵詞：可調課桌。

搜索結果：沒有可以自動調節高度以及坡度的桌子。

結果分析：在國家知識產權局網站中，可以查詢出與多功能課桌相關的專利和文獻，但是這些功能均是手動調高低、坡度，并非自動調節高低、坡度，由此得出在課桌功能方面缺少自動化，在國家知識產權局網站中沒有自動化桌子的相關專利，從而證明做自動化桌子的可行性。

2.3 淘寶網

關鍵詞：可調高低的自動化桌子。

搜索結果：沒有可以自動調節高度并且可以自動調節坡度的桌子。

結果分析：目前淘寶網站上有賣自動升降桌子，同時，其可以通過遙控控制桌面的高度，但這個自動升降桌普遍又大又重，不適合作為學習桌使用，而且沒有自動調坡度的功能也不能裝顯示器，不符合調查結果的需求。

2.4 網絡調研結論

通過網絡調研可以得出結論，目前不存在一款能通過手機遠程控制、自動操控桌子的高度、自動控制桌面的坡度和安放顯示器的學習桌，以滿足對不同身高的人對桌子高度的需求。

3 問卷調查及分析

為了使調查結果更具有準確性，分別在學校、商場、寫字樓、社區對不同的人群進行問卷調查。一共發放1 500份調查問卷，有效調查問卷1 485份，無效調查問卷15份，文件有效率到達99%，具備統計意義。以下為有效數據結果。

3.1 關于桌子用途

37%的人為工作，41%的人為寫作業，22%的人為繪畫。

3.2 關于調高度和坡度必要性

在1 485份有效問卷中，100%的受調查者認為辦公桌/學習桌可以自動調節高度和自動調節坡度是有必要的，有30%的受調查者認為調桌子的高度能符合身高的增長需要，有21%的受調查者認為調桌子的高度能有效避免駝背，有22%的受調查者認為調桌子的坡度利于繪畫等需要坡度的工作，有27%的受調查者認為調桌子的坡度和高度能適應更多不同身高人的需求，有0%的受調查者認為調桌子的坡度和高度沒有必要性。

3.3 調查結果分析

關于能調高低：82%的人的桌子不能調高低，18%的人的桌子能調高低。

關于如何調高低：22%是自動調節，78%是手動調節。

關于能否調坡度：94%為不能調坡度，6%為調坡度。

關于如何調坡度：100%為手動調節桌面，0%為自動調節桌面。

關于使用電腦頻率：經常使用的占52%，偶爾使用的占26%，很少使用的占8%，從不使用的占14%。

關于增加功能：選帶著電腦設備、方便使用電腦的有18%；選可代替家長提示孩子護眼的有12%；選帶有自動控制裝置的有15%；選能夠調節高低坡度的有38%；選能夠符合人體工程學的有17%。

4 數據分析

單變量回歸分析：①使用桌子工作的人對于桌子是否可以調節高度沒有顯著關系，分析得出該人群以成年人為主，身高已經不再改變；②使用桌子工作的人對于桌子是否可以調節坡度存在顯著關系，分析得出該人群以使用桌子的方式時常發生變化，對桌子是否可以調節坡度存在顯著關系； ③使用桌子寫作業的人對于桌子是否可以調節高度存在顯著關系，分析得出該人群以未成年人為主，身高增長迅速；④使用桌子寫作業的人對于桌子是否可以調節坡度沒有顯著關系，分析得出該人群以未成年人為主，對桌子用途主要以寫作業為主，使用方式單一；⑤使用桌子繪畫的人對于桌子是否可以調節高度存在顯著關系，分析得出該人群年齡不定，對桌子的高度要求不同；⑥使用桌子繪畫的人對于桌子是否可以調節坡度存在顯著關系，分析得出該人群對桌子的主要用途因畫法不同而隨之變化，對桌子的使用角度要求不同；⑦所有調查對象對桌子的高度以及坡度調節全部期望以自動調節的方式進行，通過檢驗存在特別顯著關系；⑧使用桌子工作以及使用桌子用于寫作業的人群對與桌子自動化和人體工程方向優化意愿，存在特別顯著關系。

5 調研結論

通過對網絡調研和問卷調查數據的統計和分析得出，現在不存在大眾期望的自動學習桌，但是人們普遍需要使用一款通過手機遠程控制，自動操控桌子高度，以滿足對不同身高的人對桌子高度的需求，并且可以自動控制桌面的坡度和安放顯示器的學習桌。

6 設計

6.1 設計思路

根據調查和實地測量得出，桌面坡度在0～80°范圍具有使用價值，桌面高度在70～110 cm范圍內具有使用價值。建立設計標準滿足“三三原則”，即結構設計原則和結構功能原則。

其中，結構設計原則包括結構最簡化（結構質量最輕化、結構載荷最大化），結構功能原則包括安全性（結構安全、使用安全）、適用性（易使用、易維護、經濟性）、耐疲勞性。根據測量結果、功能要求及材料尺寸開始進行手繪設計圖和創意，完成自動化桌子的概念設計。

6.2 概念設計

設計標準：①智能自動化桌子設計合理，可滿足使用需求；②智能自動化桌子不會增加桌子使用的額外不便利； ③智能自動化桌子符合桌子應用標準；④具有改變桌面高度和坡度的可行性和經濟性。

工作原理：根據電機驅動輸出帶動螺桿使之自傳的原理，反向應用固定螺桿，使電機上下移動達到改變桌面高度的目的。根據電機驅動輸出軸旋轉的原理，將桌面與輸出軸固定使之同步旋轉。

6.3 具體設計

基于C++源碼編程的AI智能自動化桌子物理結構主要由桌面、旋轉裝置、桌面托架、升降臂、桌腿和電子控制6部分組成，如圖1所示。

圖1 示意圖

6.3.1 桌面設計

為了減輕桌面重量，達到減少電機負擔的目的，同時保證桌面強度及平整，不采用市場現有桌面材料，優化了桌面結構設計。采用內卯榫框架，局部加強，外蒙皮整形的結構方式。在表面增加樹脂涂層提升桌面耐久度和美觀性。

6.3.2 旋轉裝置

旋轉裝置需同時連接桌面和電機兩處，要求旋轉裝置整體強度較大，且材料本身密度低，不增加桌面負擔，保證桌面穩定旋轉。優先采用3D打印的加工方式，縮短成型周期。

6.3.3 桌面托架

桌面托架采用“H”形雙箱體結構，所有截面均為“回”形，雙層結構，增大結構抗扭和結構受壓能力。兩側通過橫梁連接，簡潔大氣，且提供走線位置，保證電路安全。最外層設置玻璃纖維層，將結構強度增大數倍。

6.3.4 升降臂

升降臂結構分為兩部分：電機連接架、支撐臂。因電機無托架，電機連接架起到兩種作用，即支撐電機、連接支撐臂。電機連接架外觀尺寸匹配步進電機，延伸兩處預留支撐臂安裝孔，采用3D打印技術，構建模型并打印安裝。

升降臂安裝在電機連接架和桌面托架兩處，達到伴隨電機上下移動、調節桌面高度的效果。

6.3.5 桌腿結構

桌腿結構采用“T”形半封閉結構，中心位置固定電機螺桿，提供步進電機行程軌道。因螺桿安裝在桌腿中，所以當接收到調整高度的指令時，步進電機轉會伴隨螺桿的轉動上下平行移動達到調節桌子高度的效果。

6.3.6 電子控制

電子控制部分以核心控制板為主，下控4組電機驅動器和步進電機，以Wi-Fi無線模塊作為指令傳輸部分。所有驅動器獨立供電避免相互干擾。線路安裝位置保證所有線路絕緣不與人體接觸。

7 驗證及結果

通電后，通過實際使用對自動化桌子進行試車，通過手機遙控可以自動操控控制桌面的正揚角（0～80°）。可以自動操控桌子的垂直行程，以滿足對不同身高的人對桌子高度的需求。

通過實驗達成設計目標，設計成功。

指導教師：李瀛宇。

TS664.01

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.053

2095－6835（2020）02－0132－02

〔編輯：張思楠〕