“变色龙”智能雨伞设计浅析

付召斌 王苹 池朝霞

摘  要：雨伞作为居家必备品，价格低廉，携带方便，但也存在易丢失、易损坏等问题，雨雾天路行安全也得不到充分保障。为改善上述情况，笔者设计出一款“变色龙”智能雨伞。该雨伞的可替换结构，使用户可对损坏部件进行简易更换;卡扣式设计使伞体更加稳定。当用户与雨伞的距离超过设定范围时，雨伞就会发出蜂鸣声，同时手机振动提醒用户。伞柄底端的天气环条也是亮点之一，其会根据手机APP数据的实时更新来变换颜色，直观反映天气状况。为了避免雨伞表面大量存水，同时降低雨雾天交通事故风险，伞布采用新面料，实现一甩就干，雨伞的反射灯光可以提醒周围车辆注意避让行人。

关键词：可替换结构;智能防丢;天气提醒;无线充电

中图分类号：TS959.5      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）01-0150-03

Analysis of the Design of “Chameleon” Intelligent Umbrella

FU Zhaobin，WANG Ping，CHI Zhaoxia

（College of Information Engineering Yango University Fujian University Engineering Research Center for Spatial Data Mining and

Application of Yango University，Fuzhou  350015，China）

Abstract：Umbrella as a necessary household product，low price，easy to carry，but there are also problems such as easy to lose，easy to damage，road safety in rainy and foggy days can not be fully guaranteed. To improve the above situation，the author designs a “chameleon” intelligent umbrella. The replaceable structure of the umbrella enables the user to easily replace the damaged parts，and the clip-on design makes the umbrella body more stable. When the distance between the user and the umbrella exceeds the set range，the umbrella will buzz and the mobile phone vibration will remind the user. The weather ring at the bottom of the umbrella handle is also one of the highlights. It can change the color according to the real-time update of the app data of the mobile phone and directly reflect the weather conditions. In order to avoid a large amount of water storage on the umbrella surface and reduce the risk of traffic accidents in rainy and foggy days，the umbrella cloth is made of new fabrics，which can be dried as soon as it is thrown. The reflected light of the umbrella can remind the surrounding vehicles to avoid pedestrians.

Keywords：replaceable structure;intelligent anti-lost;weather reminder;wireless charging

0  引  言

雨伞行业正处于发展旺盛、转型升级的关键时期。随着生活、消费水平的提高，大众对于雨伞的需求越来越个性化、多样化。鉴于此，雨伞行业只有顺应时代潮流，将“互联网+”的新兴理念融入雨伞的设计、生产、使用中才能满足大众的需求。笔者设计的“变色龙”智能雨伞，在传统雨伞的基础上，实现了智能防丢、天气提醒、可替换结构、安全出行等四方面的革新。“变色龙”智能雨伞通过设计创新、材料创新，在满足需求、实现智能的同时，也兼具个性，使雨伞的使用成为一种时尚。

1  结构设计和原理方法

1.1  结构设计

笔者本着方便实用的原则，在整体造型与传统雨伞无大差别的基础上，对材料和结构进行改造升级。伞布采用特殊面料;伞骨融合可替换结构以及卡扣设计，骨与布、骨与骨之间都可以方便拆卸。握把固定于伞柄底端，内置电路板，植入环条、呼吸灯及接触式充电接口等微小模块，通过握把实现雨伞的智能控制。

1.2  工作原理

可替换结构与卡扣设计：使用时，滑动下槽致骨架微收，向上轻拉推把，一手握住推把下端推開弹片开关，便可以将8个支架沿着推把上下结构开口处方向依次拆卸，同理支架回装也是相同操作。布与骨之间存在的卡扣结构，可牢固固定支架与伞面，拆卸时只需打开卡扣就可以分离伞布[1]。图1和图2分别是雨伞链接结构的正视图和俯视图。

伞柄的智能防丢功能：由与智能雨伞配套的APP实现，通过程度算法判断用户与伞具之间的距离。当距离超过一定范围时，手机APP会发出提醒并保持振动，用户可根据个人需要设定触发距离以及开启或关闭提醒功能。

天气环条：APP内设有天气信息，根据数据实时更新变换颜色，直观反映天气状况，做到及时带伞与增减衣物的提醒。

无线充电：将伞柄内部电路板过塑，通过线圈的电磁感应实现无线充电，让雨天用伞更加安全。

2  硬件设计及实现

2.1  模块化设计

为了方便用户对损坏部分进行自主替换以及优化更新产品，“变色龙”智能雨伞采用可替换结构设计，满足了更多个性化需求，实现了结构件功能分解，降低了结构件耦合性。

通过模块化设计，将雨伞分为伞骨、伞柄、伞面三部分，各部分具有独立性但又可以组装成一个整体。在不改变整体结构的前提下，进行相应模块的调整，通过替换的方式实现雨伞质量与使用效率的提升。

2.1.1  可替换结构设计

在传统雨伞棒的上推柄上进行改进设计：用弹簧的弹力将推柄上下部分紧紧咬合在一起，以便于用户自行拆装。操作只需两指轻拉推柄上部，将其上下分离，内部伞骨即可取出。图3是推柄与弹簧结构示意图。

普通伞骨的固定机械的链接方式不便于拆卸也没有较大的改进空间，因此，我們对伞骨末端链接结构做出调整。图4为配合推柄构件改进得到的特殊功能骨架。图5为推杆中心轴示意图，末端的环状结构可直接将其镶于推柄内部凹槽。图6为推杆轴心俯视图。

2.1.2  卡扣设计

通过模块化设计的卡扣由三个模块构成，稳定性好，且具有强度较高的链接结构，由滑键控制骨段弹性支撑片进行固锁。卡扣结构如图7所示。

2.2  智能化应用

2.2.1  智能防丢

通过蓝牙信号强度检测，“变色龙”智能雨伞可以实时判断手机和伞的相对位置，当两者距离超过10米时，则会通过伞体蜂鸣、手机震动等方式发出提醒。

2.2.2  天气环条

通过蓝牙传输APP内的天气信息，天气信息采用不同颜色的环条表示，通过环条颜色变化提醒用户注意天气变化。

2.2.3  无线充电

通过线圈的电磁感应，也就是电能-磁能-电能，伞具和基座构成了一个双变压器，变压器的一部分位于基座之内，另一部分在伞具内。通过接触，就能形成完整的变压器结构，而电荷也就可以流动起来[2]。图8是无线充电原理图。

2.3  多功能伞面

2.3.1  一甩就干

伞面采用密度高达300T的服装面料制作，结合荷叶效应，雨滴触碰伞面的瞬间，立即形成水珠滚落，伞面没有水珠存留，实现了伞面防水能力的显著提升，也避免了渗漏、滴水等传统雨伞常见问题。

2.3.2  反光设计

光源照射到反光伞面层后，会被反光伞面层反射到主体上。由于反光伞面基本可以认为是抛物面状，所以反光伞的漫反射范围更广，很多时候利用反光伞制造出一个漫反射区域，主体在区域内活动，比如宠物、小孩等[3]。雨伞的反光伞面层是银灰色的，并且内测涂有银色、金黄色等常见颜色的反光材料，这可以有效提升“变色龙”智能雨伞的反光能力。

3  结  论

“变色龙”智能雨伞顺应了“消费升级”的经济发展趋势，将模块化设计与智能化应用相结合，旨在解决易丢失、易损坏以及雨雾天出行安全难保障等常见问题。在功能方面，该雨伞符合人性化设计，实现了简单易换、智能防丢、天气提醒等功能。可替换结构设计，在一定程度上减少了资源的浪费，符合可持续发展理念。在外观方面，将模块集成，对雨伞进行优化，做到了既美观又实用，迎合了用户喜好。在技术和产品的不断迭代下，“变色龙”智能雨伞可以满足更多的使用场景，让雨伞的使用不仅是为了应对天气变化，更是一种时尚。

参考文献：

[1] 张艳华.折叠雨伞机构设计及运动分析研究 [J].机械工程师，2017（2）：65-66.

[2] 肖志坚，韩震宇，李绍卓.关于便携式电子设备新型无线充电系统的研究 [J].自动化技术与应用，2007（12）：114-116.

[3] 杨学岩，单国华.三涂层珠光漆的工艺调试及色差控制 [J].现代涂料与涂装，2015，18（1）：1-4.