多功能智能晾曬裝置設計及應用分析

魯楊洋 郝傳柱

摘? 要：結合人們對晾衣架的基本功能要求，文章給出了一份針對晾衣架多功能分析及比較，細節設計和優勢分析的設計方案。運用另類創新技術，解決現有晾衣架晾曬難題，并設計出新型多功能智能晾曬裝置的課題研究，比較國內外新型晾衣架，分析其優缺點，改善功能，實現更加智能、便捷、實用的各項創新點，使其進入千家萬戶，成為符合21世紀新型家用需求的智能化家居產品。

關鍵詞：晾衣架;創新技術;智能裝置

Abstract：Combination with the basic functional requirements of hangers，this paper presents a design scheme for multi-functional analysis and comparison of hangers，detailed design and advantage analysis. Using alternative innovative technology to solve the problem of drying existing hangers，and design a new multi-functional intelligent drying device research，compared the new hangers at home and abroad，analyze its advantages and disadvantages，improve the function，achieve more intelligent，convenient，practical innovation points，so that into thousands of households. To become in line with the 21st century，the new home intelligent household products.

Keywords：drying rack;innovative technology;smart device

0? 引? 言

晾衣架作為家庭生活必備之物，集晾曬衣物、床褥殺菌等功能于一體，被千家萬戶所使用。伴隨著人們對智能家居的要求越來越高，以及自然環境因素和空間限制，傳統手動晾衣架暴露出諸多弊端。本設計從現有國內外晾衣架出發，在其研究基礎上，從新的方面去解決傳統晾衣架的弊端，對比現今國內外新型晾衣架的晾曬衣物質量與室內外晾衣架體積占比以及占地面積，給出一個最適合家用的、實用新型的晾衣架設計方案。

1? 傳統晾曬裝置研究現狀

室外晾衣架在天氣因素面前顯得不堪一擊，雨雪天氣人們必須及時收回衣物，主人外出時，室外晾衣架不能有效應對各種天氣變化。隨著樓房用戶越來越多，大多數人都在室內晾曬衣物，手動晾衣架具有簡單升降或伸縮的機械結構，成本相對較低。然而室內晾衣架在使用過程中占用室內面積大、遮擋陽光照射房間，并且存在衣物受到陽光照射不全面，晾曬效率低，導致陽臺、洗手間潮濕等現實因素，影響室內舒適度及生活品質。就目前來看，市場上的晾衣架僅僅實現了晾曬衣物的功能，但沒有實現人性化的智能家居，在快節奏的城市化生活中已經影響了人們的生活便捷度。

山東華宇工學院在自動化及設計制造方面取得的成績是有目共睹的，在各類省級以及國家級比賽中拔得頭籌。在各類自動化方向的比賽里，取得一等獎的項目數不勝數，每年的國家級創新創業訓練項目也吸引著社會的眼球，贏得了他們的廣泛關注。

筆者在山東華宇工學院的資源背景下，通過查閱圖書館資料，登錄中國知網以及專利索檢網站，搜索國內外專利及論文，查找與我們所構想的智能晾曬裝置相關的文章，摘取部分優缺點做出了如下的國內外比較。

2? 國外的智能晾曬裝置的分析

2.1? 菱形支架結構

采用菱形上下拉伸結構與菱形伸縮結構。上下拉伸結構僅實現空間上的上下移動，僅限于在室內晾曬衣物卻不能充分利用太陽光的殺菌消毒功效。伸縮結構可以進行室外晾衣，可以利用太陽光的消毒殺菌功效，但是安全性卻得不到提高，再收回的過程中可能會有夾手和夾衣物的危險。不能有效地保護家庭人員的安全，在室外的穩定性得不到很大的提高。

2.2? 特殊功能裝置

安裝有烘干和紫外線殺毒功能，但此種不適合大部分家庭，在烘干和殺毒功能下，對電力的消耗過大。在現如今家庭生活中，相對于烘干功能，人們更傾向于室外晾曬，由太陽光進行曬干，在晾曬過程中，由太陽產生的紫外線可以對衣物被褥殺菌消毒，除此之外，由太陽光進行晾曬衣物，相對于室內烘干、人造紫外線殺菌消毒而言，大部分家庭在耗能方面更能負擔得起，在如今社會，唯有室外晾曬衣物，是最為方便、快捷、實用的方式。

2.3? 非自動收曬

單獨的晾衣裝置安裝在室內，無法與窗戶進行互聯。而安裝的室外晾衣架，也沒有辦法對室外天氣情況進行檢測，根據天氣狀況自動控制晾衣架的收回與伸出。

3? 國內市場上出現的智能晾曬裝置

3.1? 太陽能晾衣架

此類晾衣架基于太陽能裝置，將太陽能轉化為電能，提供電機所需要的電能。晾衣桿設于機座下方，與第一驅動件機械連接，并由第一驅動件驅動上下升降;太陽能板組件，包括與電池組件連接的太陽能板及與太陽能板轉動連接的第二驅動件，第二驅動件驅動太陽能板轉動，以調整太陽能板與太陽光線間的角度。

3.2? 自動除皺、烘干與殺菌類

此類晾衣架包括設置于頂墻面上的控制箱，控制箱內包括控制器，控制箱上通過升降裝置連接懸掛架，控制器控制升降裝置升降;控制箱內設置水箱，水箱內設置霧化器，霧化器連接設置在控制箱底壁的霧化孔，使霧化器產生的水霧從所霧化孔中噴出。該晾衣架能夠對衣物進行除皺、烘干和殺菌。所述控制箱的內部設有風機，風機與控制器的輸出端連接;所控制箱的底壁開設出風口，風機的出風方向朝向出風口，出風口設有電熱絲。紫外線殺菌燈設置于控制箱的底部，與控制器的輸出端連接。

4? 技術方案解決

4.1? 缺陷說明

現市場存在的晾衣架分類較多且功能單一，難以讓人們在快節奏的生活中體會到家庭智能家居的便捷。傳統室內晾衣架采用菱形上下拉伸結構，安全性能低，晾曬衣物少，晾曬程度遠遠不如室外晾曬。室外晾衣架，人工手動款無法與智能化家居相連接，不能實現居家方便快捷。而電動伸縮款，在進行室外晾曬時，安全性能低，夾手及夾衣物的危險系數高，操作難度高，適用范圍小，不適用于高層且無法與窗戶實現智能互聯。因此筆者借助山東華宇工學院的省級高校科研創新平臺以及市級重點實驗室，在老師的幫助創建團隊下去解決此家庭晾曬問題。

4.2? 技術說明

在指導老師的悉心指導以及山東華宇工學院教授的提議之下，本團隊在傳統晾衣架的基礎上，設計了一款既可室外晾曬，也可室內晾曬，可實現智能化，可與智能家居聯動，可防止夾手及夾衣物的事故，也可與窗戶進行聯動，控制窗戶自開關的設計方案。

在解決夾手、夾衣物以及穩定的問題上，設計一款導槽滑軌式結構，采用直線伸縮，拋棄傳統的菱形支架，晾曬衣物更加安全，對窗戶的設計要求不苛刻，一般的家用推拉窗戶即可，菱形支架伸縮結構，需要有兩段受力點，對窗戶有特殊的設計要求。相對于此，導槽滑軌結構采用的平移式，所用空間小，受力均勻，對窗戶設計要求低，適用于普遍家庭。在此基礎上，晾衣架有智能控制模塊，可與智能家居相連接，并且可以連接窗戶，實現全自動的開關窗晾曬與收回衣物，大大地減輕了人們的方便，提高了人們的生活質量。

4.3? 設計方案

機械部分包括：晾衣架主體、晾曬支架，窗戶平移機構以及輔助裝置等。

（1）晾衣架主體設計為導槽滑軌式結構，其運動方式為直線平移式。通過一臺直流減速電機帶動同步帶輪轉動，從而帶動滑軌在導槽中水平移動，來實現晾衣架的伸出和收回。如圖1所示，直流減速電機通過同步帶帶動19傳動輪轉動，使得滑軌11在導槽15中滑動。傳統晾衣架大多為菱形伸縮型支架，菱形支架在伸縮時為剪切運動，容易夾衣物甚至夾手，比較危險。而本結構的動作方式為直線平移式，不會發生此類現象，安全系數更高。

（2）晾曬支架安裝在伸縮晾衣架的下方，晾曬支架中間設計有一排衣撐掛孔，可用來晾掛衣服。如圖1所示，10為掛孔。其兩側均設計有U型支架，可以同時晾曬兩條被褥。該晾衣架既可掛曬衣物，也可晾曬被褥。

（3）窗戶平移機構采用螺母絲杠結構。移動窗戶安裝在絲杠螺母上，絲杠安裝在窗戶的上端，一端安裝在軸承中，另一端與減速機輸出端通過聯軸器剛性連接，減速機輸入端連接有直流電機。電機轉動帶動絲桿轉動，帶動絲桿螺母水平移動，從而實現窗戶的打開和關閉。如圖2所示，右側可移動窗戶6在焊接支架4的連接下與滾軸絲杠2相連接，滾軸絲杠2右端套在焊接好的軸承3中，左端與直流減速電機1通過剛性連接點16相連接，由直流減速電機1帶動窗戶6的開關。本結構技術成熟，價格低廉，適合家用。

（4）輔助裝置包括安裝支架，機械限位結構等。

電氣控制部分由硬件和軟件兩部分組成：硬件部分，以微型PLC作為中央控制器，信號輸入模塊包括：手動自動切換開關、按鍵、遙控器、手機APP。檢測裝置有光照強度傳感器、風速傳感器和雨滴傳感器，以及關窗安全光幕等。室外天氣狀況信息經傳感器采集，被傳遞到PLC，通過PLC控制2臺直流電機的正反轉，實現晾衣架自動收曬衣物的功能，并完成窗戶自動打開和關閉的動作;軟件部分即為控制程序的編寫。

4.3? 重點研究內容

（1）研究手自動模式一體，人工切換，實現多種功能，當切換至自動模式，通過室外設計的風力傳感器、雨滴傳感器以及光照強度傳感器實時檢測室外天氣狀況，控制衣架的伸出與縮回以及窗戶的打開和關閉。當切換至手動模式，設計多種控制方式，用戶可根據實際需要，自由選擇手動控制方式。本裝置在一定程度上減輕了人們的負擔，為家庭生活帶來便利。

（2）設計安全光幕（如圖2中的18），在關窗過程中，如果窗口處存在異物（手或衣物等），安全光幕將被觸發，關窗動作立即停止，同時發出聲光警報。直至異物解除，繼續關窗。此功能可有效防止窗戶在關閉時夾手或者衣物，進一步提高了安全系數。

（3）自由開關窗設計，在不晾曬衣物的情況下，如果用戶需要開窗通風，可以由遙控等一類控制方式，控制窗戶的打開以及關閉，隨意控制窗戶的開閉程度，簡單方便。

5? 結? 論

在這個智能化的時代，智能化的產品使生活愈加美好，改造傳統晾衣架，使其隨著科學的進步而更加適用于廣大家庭的舉措顯得尤為重要。晾衣架作為每個家庭的必備之物，在日常生活中必不可少。本智能晾曬裝置綜合了傳統晾衣架的優點，并改進了缺點，在實際使用中，省心省力，節能環保。使得人們更加享受智能化生活帶來的便利，同時也為人們解決了對衣物晾曬上遇到的難題，讓人們在對待生活時更加得心應手。

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作者簡介：魯楊洋（1999.07—），男，漢族，安徽安慶人，本科，研究方向：自動化;郝傳柱（1983.04—），男，漢族，山東聊城人，講師，工程師，本科，研究方向：自動化、控制工程。