基于语音控制的可变形升降物联智能桌设计与制作

雍志成 贺毅 王丽垚 李磊 胡艺馨

[摘    要]随着经济的高速发展发展，物联网逐渐进入人们的视野，结合当今科技的发展趋势，小巧型的多功能家具是小户型业主的最佳选择，将“物联”技术应用于家具开发，打造多功能、可折叠的智能家具成了解决这类问题的一个有效方案。首先分析了升降折叠桌的发展趋势，综合考虑了当前市场需求、用户类型和使用场地等各方面因素。然后，对自动升降折叠桌的控制系统的功能需求及控制要求进行分析，完成了自动升降折叠桌的总体设计方案。同时，对该智能桌的主要创新机构进行介绍说明。本项目设计的多功能升降折叠桌为缓解用户住房空间紧张的问题起到了积极作用，可满足用户的较高生活体验需求，具有一定的实用性和现实意义。

[关键词]物联网;多功能;可折叠;小户型;智能家具

[中图分类号]V22 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）03–00–03

Design and Manufacture of Deformable Lifting Table Based on Voice Control

Yong Zhi-cheng，He Yi，Wang Li-yao，Li Lei，Hu Yi-xin

[Abstract]With the rapid development of economy， the Internet of Things has gradually come into people's version. In the context of the present era， the small and multi-functional furniture become the best choice for small apartment owners， we apply the technology of "Internet of Things" into furniture’ design， creating a multi-functional， foldable and intelligent furniture to solve such problems. Firstly we analyzes the development trend of the foldable and automatic rising-lowering table， considering important factors such as the current market needs， customer type and using space . Then， we analyze the functional requirements and control requirements of the control system of the automatic rising-lowering folding table. At the same time， the main innovative mechanism of the intelligent table is introduced. The multi-functional lifting folding table designed in this paper plays a positive role in alleviating the problem of housing space tension， and meet the needs of users for higher life experience， which has certain practicability and practical significance.

[Keywords]internet of things; multifunctional; foldable; mini apartment; intelligent furniture

隨着，第四次工业革命的来临，人们对于体验高新技术的渴望正在日益增强。而多功能智能家具正好迎合了人们在家具领域对于科技的追求。因此，桌子这样传统家居的智能化，给了多功能、可升降折叠的桌子很大的市场空间。所以，希望开发出一种绿色节能安全的升降式多功能可变形智能桌，努力用创新来降低成本，最大程度地利用智能桌提高对空间的有效使用率以及创新设计，满足人们对高品质生活水平的追求。

1 可变形桌子国内外发展现状

国外工业化和城市化起步比我国早而且发展程度也高，但导致了许多发达国家城市空间狭小，这也使得其设计师要更多地关注那些能有效利用空间的升降伸缩式家具研究。

我国升降伸缩桌虽在前人基础上不断地继承与发展，但是在设计创新和概念设计方面和国外还存在较大的差距，目前升降伸缩桌还相对单调，折叠形式缺乏新意。近些年来，不管是宏观的社会环境还是微观的家具从业人员对升降伸缩桌创新意识的淡漠，是造成目前国内此类桌子惨淡现状的主要原因。如今小户型的流行以及对于空间需求的增加，势必会给我国今后升降伸缩桌的设计与发展带来极大的影响。

2 智能桌的功能与要求指标

2.1 安全系数要符合要求

多功能智能桌在使用时无论是收缩形态还是拓展形态都有多人聚集在旁边，在一些特定的情况如展开速度过快、角度过大等情况下，很容易使人受到伤害。所以，考虑到使用的场景和使用次数的特殊，安全性是设计时需要考虑的最为重要的因素。

2.2 满足使用者日常行为需求的功能性要求

多功能智能桌设计的目的是为了让小户型居民能充分利用客厅面积的同时享受智能化带来的便捷。如：直接语言控制或利用手机APP远程控制餐桌的形态，大幅降低人力消耗。

2.3 符合标准化要求

对于多功能智能桌的设计，在尺寸、结构、外形设计和零件等方面的选择，在驱动系统中动力来源的选择及设计上，应该遵循相关行业的标准，参照对应的标准进行机构和结构的设计。在保障完整性、可靠性和安全性的前提下，尽可能提高经济性。

3 智能桌的工作原理

升降式多功能可变形智能桌的主要机构分为运动执行机构与动力分配机构，运动执行机构包括螺杆升降机构、上层扇形桌面展开机构以及下层扇形桌面展开升降机构，且这三大机构可分别独立运动，以分别实现上层扇形桌面的伸缩、下层扇形桌面的伸缩升降以及桌面高度的调节。动力分配机构包括上部离合器和下部离合器，下部离合器用于选择下部受驱动对象（螺杆升降机构或传动轴），上部离合器用于选择上部受驱动对象（上部扇形桌面展开机构或下部扇形桌面展开升降机构）。

3.1 螺杆升降机构

螺纹升降机构将齿轮传动与丝杠传动相结合，左端通过联轴器将电机轴与丝杠一端直接连接，两端通过安装丝杆支撑座来固定丝杠，中间法兰螺母与丝杠螺纹配合，法兰螺母与螺母座固定，由电机直接传动丝杠带动法兰螺母，来实现升降所需要的直线运动。

其中，中间为一级齿轮传动，该轮系中有1个较大的中心原动轮和2个较小的对角的从动轮组成，传动比为3∶4，中心齿轮受驱动带动对角小齿轮实现加速效果，并进行功率分流。2个对角齿轮分别与2个法兰螺母固定，2根丝杠与上层的桌面固定。当中心齿轮受驱动带动对角齿轮时，对角齿轮与法兰螺母同步转动，从而驱动丝杠执行上下直线运动，以实现桌面高度的調节。

3.2 上层扇形桌面展开机构

智能桌主动力源只有1个，在1个动力源的驱动下实现多种运动，且存在主桌面与拓展桌面高度不一的问题，该智能桌采用空间凸轮与连杆机构对其加以解决。

空间凸轮、连杆与上部旋转板固定，固定在顶层桌面下的滑动支柱在空间凸轮上滑动，单向转动便可以使上层扇形桌面展开并与顶层桌面对齐，反向转动便可恢复初始状态，如图1所示。

3.3 下层桌面展开机构

如图2和图3所示，下层扇形桌面展开机构主要由圆柱凸轮机构、槽轮机构、齿轮传动机构、连杆机构组成，其中旋转板通过螺栓与旋转凸台固定。

金属杆与旋转凸台通过M8的螺纹配合，金属杆穿过旋转凸台一侧与圆柱凸轮的槽配合，即下层与扇形桌面一同升降的部件都由金属杆支撑，并随金属杆在圆柱凸轮上升槽滑动时升降。

金属杆卡在套在圆柱凸轮外面的圆柱套筒卡槽里，圆柱套筒的凸边与小齿轮配合，即小齿轮转动会带动金属杆转动，进而使下层扇形桌面伸缩。

动力由圆柱凸轮输入，拨盘与圆柱凸轮同转，拨盘圆柱销初始位置为即将进入槽轮径向槽。

圆柱凸轮与拨盘继续转动，槽轮内凹锁止弧被拨盘外凹锁止弧卡住而不再转动，故金属杆不再转动，随着圆柱凸轮的转动，金属杆进入上升槽，下层扇形桌面上升，圆柱凸轮再转动1/2周后，金属杆进入上部水平槽，下层桌面达到最高与主桌面对齐，如图4所示。

3.4 动力分配机构

离合器主要由电机、丝杠、法兰螺母、拨叉以及千层板组成，主要原理是中间千层板受驱动进行转动，拨叉与法兰螺母固定插入千层板的中层，与丝杠配合的法兰螺母变会产生垂直位移，故使拨叉与千层板上下移动。

3.4.1 下部离合器

下部离合器千层板受驱动旋转，当千层板向上移动时，长轴插入可旋转板1，驱动螺杆升降机构;当千层板向下移动时，长轴插入可旋转板2，驱动传动轴将动力输送给上部离合器。

3.4.2 上部离合器

上部离合器千层板受传动轴驱动进行转动，由电机驱动丝杠使法兰螺母、拨叉以及千层板上下移动。当千层板上移时，短轴插入可旋转板3，驱动上层扇形桌面展开机构;当千层板下移时，短轴插入可旋转板4，驱动下层扇形桌面展开升降机构。

4 智能桌电路控制

4.1 蓝牙装置

该智能桌采用链传动，通过步进电机的传动将电脉冲转化为角位移，实现桌面的升降和展开、收缩。蓝牙模块采用高性能主从一体的蓝牙模块HC-05，如图5所示。

4.2 手机APP端

本作品具有配套使用的APP，APP能够让智能桌的使用更加便捷智能。

手机APP与蓝牙模块的连接示意图，如图6所示。

4.3 可变形物联智能桌的语音控制系统

该智能桌选用STMF103C8T6芯片作为主控芯片，语音控制模块采用LU-ASR01，控制语音模块通过串口输出高低电频、脉冲信号。基本实现逻辑如图7所示。

5 结语

随着社会的高速发展，各种新型技术、材料纷纷应用于家具领域，赋予了家具更多的功能特征，由此引爆了多功能家具的发展。面对多功能家具的魅力，越来越多的消费者将被其吸引，也将由此带动多功能智能桌的市场需求，未来的家具市场中多功能智能桌也必定会占据一席之地[1]。同时，受到市场需求的影响，升降式多功能可变形智能桌在未来将朝着更经济、更环保、更美观多样化的方向发展，其发展前景也非常乐观。

参考文献

[1]杨向东.智能升降餐桌的设计与制作研究[J].机械工程师，2019（8）：71.