基于慧魚(yú)模型的自動(dòng)清洗、除霾、開(kāi)關(guān)的智能窗戶(hù)設(shè)計(jì)＊

王 寧，張雅雯，王強(qiáng)強(qiáng)，胡 偉，閔令智，沈 霽，陳金杰，賀 翔，惠澤堃，郭 丹，肖 妍

（西安建筑科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安710055）

1 研究現(xiàn)狀

21 世紀(jì)是清潔環(huán)保的時(shí)代，新興的清洗產(chǎn)業(yè)必將迅猛發(fā)展。當(dāng)今，各種綠色、環(huán)保的清洗技術(shù)不斷地推出，新型產(chǎn)品和機(jī)械設(shè)備不斷涌現(xiàn)，清洗產(chǎn)業(yè)也幾乎滲透到了所有的工業(yè)領(lǐng)域以及社會(huì)生活的各個(gè)方面，出現(xiàn)在人們的日常衣食住行中。在人類(lèi)生活水平不斷提高的今天，無(wú)論從美化環(huán)境、節(jié)能增效，還是從人們精神生活需要的角度，清洗業(yè)的全面進(jìn)步已經(jīng)成為市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可缺少的推動(dòng)力。

21 世紀(jì)更是一個(gè)“智造”大環(huán)境，伴隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們開(kāi)始進(jìn)一步追求智能化的產(chǎn)物，其中家居生活內(nèi)容智能化尤為重要。在結(jié)束一天忙碌奔波回到家后，可以卸下一身疲憊，無(wú)需再為家務(wù)所煩擾，可使人們?cè)诩揖由钚腋８械玫竭M(jìn)一步提升。

而其中，人們對(duì)窗戶(hù)功能需求不斷增加，窗戶(hù)設(shè)計(jì)研究工作也不斷取得新的成果，主要集中在兩個(gè)方面：①清洗方面。市面上出現(xiàn)了擦窗機(jī)器人，該機(jī)器人省時(shí)省力，可清洗外側(cè)玻璃，但是存在水資源浪費(fèi)、有清潔死角、存在墜落的風(fēng)險(xiǎn)等弊端。②自動(dòng)關(guān)窗方面。薛霞等人[1]設(shè)計(jì)了一種根據(jù)風(fēng)速的大小和是否有雨制作出了自動(dòng)關(guān)窗裝置，葉金虎等人[2]設(shè)計(jì)了一種用于智能家居的推拉窗自動(dòng)開(kāi)關(guān)器，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防風(fēng)雨、防霧霾進(jìn)入室內(nèi)等功能。以上研究雖然能從不同角度實(shí)現(xiàn)窗戶(hù)自動(dòng)開(kāi)閉，但存在功能單一、性能不穩(wěn)定等問(wèn)題。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)概述

團(tuán)隊(duì)深入分析用戶(hù)對(duì)窗戶(hù)的多種需求，根據(jù)安全、智能、靈活的產(chǎn)品理念，綜合機(jī)械、環(huán)境、互聯(lián)網(wǎng)等多學(xué)科的優(yōu)化組合，設(shè)計(jì)出一種自動(dòng)清洗、除霾、開(kāi)關(guān)的智能窗戶(hù)，窗戶(hù)實(shí)物如圖1 所示。

圖1 整體圖

2.2 功能及原理展示

2.2.1 自動(dòng)開(kāi)關(guān)窗戶(hù)功能

開(kāi)關(guān)窗戶(hù)的機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、齒輪和齒條所組成；當(dāng)窗戶(hù)得到關(guān)閉窗戶(hù)的指令時(shí)，電機(jī)通電，電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)與其連接的齒輪，齒輪與窗戶(hù)上的齒條嚙合，帶動(dòng)窗戶(hù)進(jìn)行水平移動(dòng)[3]，并且通過(guò)電機(jī)正反旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)窗戶(hù)的自動(dòng)開(kāi)關(guān)功能，開(kāi)關(guān)窗機(jī)構(gòu)如圖2 所示。

2.2.2 自動(dòng)清洗功能

清洗機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、滑塊、水管、清洗海綿所組成；當(dāng)窗戶(hù)得到清洗指令，電機(jī)通電進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)與其連接的絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使絲杠上的滑塊在豎直方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)；通過(guò)桿件與其滑塊相連的清潔海綿一方面隨著滑塊做豎直方向的移動(dòng)，另一方面進(jìn)行清洗旋轉(zhuǎn)并與水管相連通，從而為清洗轉(zhuǎn)刷提供清潔用水，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清洗的功能。動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖2 開(kāi)關(guān)窗裝置

圖3 動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 除霾功能

窗框上設(shè)置防霾過(guò)濾網(wǎng)，由大數(shù)據(jù)將霧霾天氣的信號(hào)傳給單片機(jī)，對(duì)控制防霾過(guò)濾網(wǎng)的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，防霾過(guò)濾網(wǎng)降下。防霾過(guò)濾網(wǎng)較致密，通過(guò)風(fēng)扇（鼓風(fēng)機(jī)）加速空氣流通。風(fēng)扇可完成水平位移、上下位移及轉(zhuǎn)頭。

防霾過(guò)濾網(wǎng)由復(fù)合碳纖維制成，質(zhì)地柔軟，易于清洗，其上通有對(duì)人無(wú)害的微小電流，可吸附通過(guò)空氣中的PM2.5顆粒，導(dǎo)電的同時(shí)可在一定程度上降塵。防霾功能結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 防霾功能結(jié)構(gòu)

2.2.4 智家云窗APP

如圖5 所示，技術(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)出的智家云窗APP，用戶(hù)可以通過(guò)移動(dòng)終端對(duì)窗戶(hù)進(jìn)行全方位的遠(yuǎn)程控制，使用戶(hù)面對(duì)戶(hù)外環(huán)境的變化能夠及時(shí)進(jìn)行有關(guān)處理，該APP 同時(shí)具有售后維修等相關(guān)功能，能在用戶(hù)享受高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，為用戶(hù)提供人性化的售后服務(wù)。該APP 在各大應(yīng)用商店均可下載，并定期更新維護(hù)，推出優(yōu)惠活動(dòng)等。

圖5 APP 界面

3 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)清洗窗戶(hù)裝置的創(chuàng)新點(diǎn)主要集中在對(duì)機(jī)構(gòu)的巧妙運(yùn)用和多種功能的相互結(jié)合，通過(guò)不同機(jī)構(gòu)、電路的組合和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了窗戶(hù)的可自動(dòng)開(kāi)關(guān)以及清洗裝置旋轉(zhuǎn)和平移，節(jié)省了窗戶(hù)清潔時(shí)間，提高清潔效率，確保運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定可靠?；诨埕~(yú)的自動(dòng)清洗、除霾、開(kāi)關(guān)的智能窗戶(hù)，在通過(guò)大數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別周?chē)h(huán)境自動(dòng)處理的同時(shí)，也可以利用產(chǎn)品APP實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，使用戶(hù)能夠得到更好的體驗(yàn)，并且在清洗方面實(shí)現(xiàn)窗戶(hù)戶(hù)外自動(dòng)清洗，極大降低了清洗的風(fēng)險(xiǎn)，本作品獲得第九屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽慧魚(yú)組（2020）競(jìng)賽全國(guó)二等獎(jiǎng)。