2012年湖北省高校大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽暨第五屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽湖北分區(qū)預(yù)賽設(shè)計(jì)說(shuō)明書參賽學(xué)生汪程罡張祎濛鄒亞林清霖孫佩鋒指導(dǎo)教師張國(guó)全吳德明武漢工業(yè)學(xué)院二0一二年4月編號(hào)鄂創(chuàng)新10XXXXXX（由大賽組委會(huì)辦公室填寫）第五屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽報(bào)名表參賽作品名稱創(chuàng)意組合家具作品類別休閑娛樂(lè)機(jī)械類家庭用機(jī)械類是否屬慧魚組是/否所在學(xué)院武漢工業(yè)學(xué)院郵政編碼430000聯(lián)系人吳德明聯(lián)系人通訊地址武漢常青花園中環(huán)路特1號(hào)武漢工業(yè)學(xué)院科技大樓14樓電話手MAIL12240652QQCOM姓名性別班級(jí)所學(xué)專業(yè)簽名1汪程罡男過(guò)控092過(guò)程裝備與控制工程2張祎濛男工設(shè)091工業(yè)設(shè)計(jì)3鄒亞男過(guò)控092過(guò)程裝備與控制工程4林清霖男過(guò)控092過(guò)程裝備與控制工程參賽者5孫佩鋒男過(guò)控092過(guò)程裝備與控制工程姓名性別職稱專業(yè)簽名1張國(guó)全男教授包裝工程指導(dǎo)教師2吳德明男講師包裝工程作品內(nèi)容簡(jiǎn)介（限400字以內(nèi)）本作品是一種家用創(chuàng)意組合家具，其實(shí)體為一種結(jié)合多種家具功能的家具組合。該組合家具以一般家具為基礎(chǔ)，通過(guò)加入遠(yuǎn)程操控部分實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。家具內(nèi)部則加入了電機(jī)，電機(jī)通過(guò)一系列機(jī)構(gòu)與家具各個(gè)組成部分相連接。家具組合內(nèi)部的GSM控制模塊可接受遠(yuǎn)程信息，使家具組合可根據(jù)人的需求在家中變換成各種家具組合形式。與現(xiàn)有一般家具相比，該家具更加適合當(dāng)今市場(chǎng)上的小戶型。同時(shí)，由于可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，也更加適合當(dāng)今年輕人的使用，具有更好的使用舒適性和便捷性。目錄一、作品內(nèi)容簡(jiǎn)介3二、設(shè)計(jì)思路3三、主要功能及工作原理3四、原理分析7五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9六、操作使用步驟12七、創(chuàng)新點(diǎn)12八、與同類產(chǎn)品的比較12九、推廣應(yīng)用價(jià)值13一、作品內(nèi)容簡(jiǎn)介本作品為一種多功能家具組合，其實(shí)體為一種結(jié)合多種家具功能的家具組合。主要改進(jìn)為將以往功能單一的家具集成在一組合實(shí)體上，并在組合體中加入遠(yuǎn)程操控部分及機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。人們通過(guò)手機(jī)對(duì)家具組合進(jìn)行遠(yuǎn)程操控或者直接操控，從而使家具組合變成自己需要的家具，進(jìn)而進(jìn)行使用。二、設(shè)計(jì)思路1、隨著我國(guó)的發(fā)展，住房問(wèn)題日益嚴(yán)重，全國(guó)房屋價(jià)格一漲再漲，在這種情況下，小戶型隨之誕生。小戶型雖然解決了部分居民的住房問(wèn)題，但是其也存在著住房面積過(guò)小，一間房間必須多用；面積過(guò)小導(dǎo)致家具無(wú)法擺放等問(wèn)題。這些問(wèn)題主要都是由于傳統(tǒng)家具無(wú)法滿足現(xiàn)代家居生活而產(chǎn)生的。為了解決這些問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了創(chuàng)意家居組合，將多種家具的功能集中在一個(gè)組合上面。通過(guò)這種組合，可以達(dá)到一組合多用，方便轉(zhuǎn)換的目的，能夠更加充分地利用室內(nèi)空間，在不減少使用功能的情況下將所需面積降到最低。2、在傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)上，該作品采用了成熟的連桿裝置和齒輪齒條裝置，該裝置工作性能穩(wěn)定，可靠性較高，使得該組合在長(zhǎng)時(shí)間不經(jīng)過(guò)專業(yè)維護(hù)的情況下依然能夠正常工作，從而確保了一般家庭的使用便捷性。3、在操控裝置的設(shè)計(jì)上，該作品同時(shí)采取了短距離直接操控與遠(yuǎn)程操控并存技術(shù)。一方面可以使使用人員在不方便操控時(shí)直接通過(guò)手機(jī)SMS遠(yuǎn)程操控，更方便人員的使用；另一方面，該組合依舊可以通過(guò)直接的開關(guān)操作達(dá)到近距離操作的目的，使得組合更具有可變性。4、在設(shè)計(jì)中還采用了SMS遠(yuǎn)程接收器。接收器可接受遠(yuǎn)程的手機(jī)信號(hào)，根據(jù)手機(jī)信號(hào)完成相應(yīng)動(dòng)作，從而大大提高了工作效率，方便了人們的使用。三、主要功能及工作原理1、創(chuàng)意家居組合的主要功能（1）該組合家具能夠充分適應(yīng)目前市場(chǎng)上的小戶型的需求，能夠在用戶的控制下變形成為衣柜、寫字臺(tái)、床等家具。（2）該組合可通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程SMS操控，亦可通過(guò)使用人員近距離開關(guān)操作，使該組合具有極強(qiáng)的可操作性和適應(yīng)性。2、工作原理（1）控制部分遠(yuǎn)程SMS操控SMS操控，即手機(jī)短信遠(yuǎn)程操控。這里我們主要運(yùn)用基于GSM的SMS遠(yuǎn)程操控，其主要原因如下AGSM系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通信體制中比較成熟、完善、應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)。BGSM的短信息系統(tǒng)以其快捷方便而且廉價(jià)的特點(diǎn)擁有廣泛的用戶，同時(shí)也為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了一種新的技術(shù)手段。C利用GSM短信息SMS進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控具有投資少、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，在一些對(duì)操作和監(jiān)控的實(shí)時(shí)性要求不高的情況下具有很高的性價(jià)比。我們采用的無(wú)線GSM通信模塊TC35是SIEMENS公司推出的GSM專用調(diào)制解調(diào)器，主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成，可完成語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短消息以及傳真的傳送。TC35T具有標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)接口和完整的SIM卡閱讀器，因此使用非常簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1SMS操控結(jié)構(gòu)圖以上是控制家居的簡(jiǎn)單框圖。本控制系統(tǒng)主要用TC35實(shí)現(xiàn)家居的智能控制，控制者可以使用手機(jī)或者掌上智能設(shè)備方便地控制家用電器。比如說(shuō)，將創(chuàng)意家居組合變成成為床。在下班之前將創(chuàng)意組合家具變?yōu)榇玻氐郊乙院罂芍苯由洗残菹?。?chuàng)意組合家具各種變形狀態(tài)用按鈕實(shí)現(xiàn)的功能，完全可以在掌上設(shè)備找到，整個(gè)系統(tǒng)可以用嵌入式實(shí)現(xiàn)，更加方便易用。并且可以讓家里的防盜報(bào)警信息實(shí)時(shí)傳送到房間的主人，是報(bào)警還是采取其它措施完全在掌上設(shè)備實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中使用的單片機(jī)是超低功耗的，TC35模塊也是低功耗的，整個(gè)系統(tǒng)使用電池，完全符合對(duì)低功耗的要求，有巨大的實(shí)用價(jià)值。并且整個(gè)系統(tǒng)完全可以實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在已經(jīng)把小系統(tǒng)的電路做出來(lái)了，將要組裝測(cè)試，只要測(cè)試成功就可以進(jìn)行整個(gè)大系統(tǒng)的調(diào)試。TC35模塊手持設(shè)備（如手機(jī)、PDA）TC35模塊MCU（MSP430FX）RS232創(chuàng)意家居組合步進(jìn)電機(jī)IO寫短信變形為床TC35模塊MCU步進(jìn)電機(jī)圖2SMS工作示意圖近距離手動(dòng)操作為了方便人們更加方便地使用該家具組合，我們?cè)诩尤肓艘话愕慕嚯x操作系統(tǒng)。其主要工作原理如下圖所示。圖3近距離操作工作示意圖（2）機(jī)動(dòng)部分本家具組合動(dòng)力部分采用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)結(jié)構(gòu)使得該家具組合可任意變形為床、衣柜、書柜、寫字臺(tái)等家具。變形為床當(dāng)GSM模塊接收到信號(hào)或人員近距離手動(dòng)操作時(shí)，模塊將相應(yīng)信號(hào)傳遞給步進(jìn)電機(jī)A，步進(jìn)電機(jī)A通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪將組合整體旋轉(zhuǎn)，將床體旋轉(zhuǎn)到組合前方；完成窗體旋轉(zhuǎn)動(dòng)作后，模塊將信號(hào)傳遞給步進(jìn)電機(jī)B，步進(jìn)電機(jī)B驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，將床體放下。組合完成變形為床的命令，處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)命令床體恢復(fù)成組合狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行命令為逆向順序，從而將床體恢復(fù)成組合狀態(tài)，將床體隱藏起來(lái)。床體恢復(fù)為家具組合初始狀態(tài)。其工作結(jié)構(gòu)如圖所示圖4旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)示意圖接通響應(yīng)電路開關(guān)相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)工作步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)響應(yīng)機(jī)械部分家具組合進(jìn)行相應(yīng)變化圖5旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)示意圖變形為衣柜當(dāng)GSM模塊接收到信號(hào)或人員近距離手動(dòng)操作時(shí)，模塊將相應(yīng)信號(hào)傳遞給步進(jìn)電機(jī)A，步進(jìn)電機(jī)A通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪將組合整體旋轉(zhuǎn)，將衣柜旋轉(zhuǎn)到組合前方，組合完成變形為衣柜的命令，處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)命令衣柜恢復(fù)成組合狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行命令為逆向順序，從而將衣柜恢復(fù)成組合狀態(tài)。其工作狀態(tài)如圖所示圖6衣柜機(jī)構(gòu)示意圖變形為書柜與寫字臺(tái)當(dāng)GSM模塊接收到信號(hào)或人員近距離手動(dòng)操作時(shí)，模塊將相應(yīng)信號(hào)傳遞給步進(jìn)電機(jī)A，步進(jìn)電機(jī)A通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪將組合整體旋轉(zhuǎn)，將衣柜旋轉(zhuǎn)到組合前方，完成窗體旋轉(zhuǎn)動(dòng)作后，模塊將信號(hào)傳遞給步進(jìn)電機(jī)C，步進(jìn)電機(jī)C驅(qū)動(dòng)絲桿，絲桿將兩衣柜想兩側(cè)移動(dòng)，從而將隱藏的衣柜寫字臺(tái)展現(xiàn)。組合完成變形為衣柜寫字臺(tái)的命令，處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)命令書柜、寫字臺(tái)恢復(fù)成組合狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行命令為逆向順序，從而將書柜寫字臺(tái)恢復(fù)成組合狀態(tài)。其工作結(jié)構(gòu)如圖所示圖7絲桿機(jī)構(gòu)示意圖四、原理分析1、SMS控制運(yùn)用作品運(yùn)用到基于GSM和TC35的遠(yuǎn)程控制，其主要分為電源部分、GSM部分和單片機(jī)部分。1電源部分由于MSP430F149單片機(jī)用33V供電，而GSM模塊需用36V電源供電，且峰值電流達(dá)2A以上，故設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同的電源，分別產(chǎn)生33V和36V。設(shè)計(jì)電路如下INGD2EC4OUT5PS706UFVAJL9RK8PM2GSM模塊部分由于GSM模塊與MSP430F149單片機(jī)通過(guò)RS232（串口）聯(lián)系，故設(shè)計(jì)電路較為簡(jiǎn)單。本實(shí)驗(yàn)主要為以后擴(kuò)展考慮，故留出了較多端口。設(shè)計(jì)電路圖如下VBAT12345GND67890POWERKU_M/ISXCLYX3單片機(jī)部分由于MSP430F149單片機(jī)通過(guò)TXD、RXD兩條串口線與GSM模塊聯(lián)系，且控制的繼電器也比較少，故而也比較簡(jiǎn)單。多余的端口主要用于擴(kuò)展使用。設(shè)計(jì)電路圖如下DVC1P632457REFXIN8OUT/LK9E0MSRAGFUPYHZ2、連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)用連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，如可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面或空間復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，從而可用于實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知軌跡。此外，低副面接觸的結(jié)構(gòu)使連桿機(jī)構(gòu)具有以下一些優(yōu)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤(rùn)滑，故磨損減??；制造方便，易獲得較高的精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來(lái)維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需利用彈簧等力封閉來(lái)保持接觸。本作品需要機(jī)構(gòu)達(dá)到分離、合并、旋轉(zhuǎn)等一般性的運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，由于本作品不承受過(guò)大的壓力，速度較低，因此采用了運(yùn)用廣泛的連桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)達(dá)到變形目的。3、齒輪齒條機(jī)構(gòu)的運(yùn)用齒輪齒條傳動(dòng)有以下特點(diǎn)A效率高在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)效率為最高，閉式傳動(dòng)效率為9699，這對(duì)大功率傳動(dòng)有很大的經(jīng)濟(jì)意義。B結(jié)構(gòu)緊湊比帶、鏈傳動(dòng)所需的空間尺寸小。C傳動(dòng)比穩(wěn)定傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，正是由于其具有這一特點(diǎn)。D工作可靠、壽命長(zhǎng)設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，壽命可長(zhǎng)達(dá)一二十年，這也是其它機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。這對(duì)車輛及在礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。因此，在本作品中，我們運(yùn)用了成熟的齒輪齒條傳動(dòng)，來(lái)達(dá)到相應(yīng)目的。五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、總體設(shè)計(jì)整體來(lái)看，該家具是由床、衣柜、書柜、書桌組成，變形分別為床身翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、衣柜平移機(jī)構(gòu)，整體回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使其運(yùn)動(dòng)。如圖所示。圖8總體結(jié)構(gòu)展開圖2、床部分該部分由床身翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，床身，驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，當(dāng)電機(jī)接到GSM遠(yuǎn)程控制模塊工作命令時(shí)，帶動(dòng)床身翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，如圖所示。圖9床體展開示意圖圖10四桿機(jī)構(gòu)示意圖3、衣柜寫字臺(tái)部分該部分主要由GSM模塊控制電機(jī)，從而帶動(dòng)兩個(gè)反向絲桿構(gòu)成衣柜平移機(jī)構(gòu)使其向兩邊分開，如圖所示圖11絲桿機(jī)構(gòu)示意圖圖12展開機(jī)構(gòu)示意圖4、書柜部分兩移動(dòng)模塊內(nèi)部左右各設(shè)有一個(gè)空箱部分，可放置一般用書及雜物。圖13書柜機(jī)構(gòu)示意圖六、操作使用步驟本作品為一家具組合。該組合可以通過(guò)遠(yuǎn)程手機(jī)SMS操作及近距離直接操作。遠(yuǎn)程SMS操作步驟1、將相應(yīng)SIM卡插入模塊中；2、在模塊中確定可操控號(hào)碼并激活模塊；3、運(yùn)用相應(yīng)手機(jī)編輯短信發(fā)送至模塊中SIM對(duì)應(yīng)卡號(hào)中，如編輯“變形為床”發(fā)送至130XXXXXXXX；4、模塊做出相應(yīng)反應(yīng)。近距離操作步驟直接通過(guò)操控相應(yīng)開關(guān)來(lái)確定組合變形形態(tài)，組合做出相應(yīng)反應(yīng)。七、創(chuàng)新點(diǎn)為日益增長(zhǎng)的小戶型住房提供可以自由變化的組合家具,以節(jié)省空間；集書架，衣柜，寫字臺(tái)及床于一體，使單個(gè)房間功能多樣化，例如既可以成為書房又可以成為臥房，與此同時(shí)還可以適合商住兩用房和辦公室,合理布局，完美搭配；兼容遠(yuǎn)程控制與電動(dòng)進(jìn)程控制兩種控制方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，方便使用；衛(wèi)生清潔，收放自如，其中，床不用時(shí)可以收起，不存在衛(wèi)生死角，不容易臟；床架用的是流行排骨板條結(jié)構(gòu)，透氣性好，彈性強(qiáng)。八、與同類產(chǎn)品的比較目前，雖然我國(guó)住房面積不斷變小，但是市場(chǎng)上尚未出現(xiàn)與本品類似的家居產(chǎn)品，傳統(tǒng)家具仍然占據(jù)市場(chǎng)的大部分。國(guó)外雖然已經(jīng)存在一些折疊家具與隱藏式家具，但是形式單一，多以折疊床為主，且以手動(dòng)操作為主，極少涉及電動(dòng)控制，更無(wú)遠(yuǎn)程控制之說(shuō)。九、推廣