全自动晾衣杆设计论文.docx

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全自动晾衣杆设计论文

1、作品内容简介

由于现目前市场上的晾衣杆种类单一，大多数是手摇式晾衣杆，虽然能实现衣杆的上升和下降，但是不能满足市场消费者的需求，且占地面积大，成本高，性能较差，且并不“人”性化。

我们设计的“Sensitive-intellective”晾衣杆，其寓意在于敏感性和自动控制性。

本作品与现有市场上的晾衣杆相比，区别在于利用曲柄摇杆机构的变形机构极限工作点，通过电机带动螺杆正反转动，从而带动螺杆上面的螺母左右移动，使曲柄摇杆机构做圆弧轨迹运动，实现衣杆的升降和外伸；当曲柄摇杆机构运动达到极限，通过通电磁夹紧装置，使衣杆的端部与螺纹杆的端部相互吸引，从而分担曲柄摇杆机构的受力，保证衣杆的寿命。

在衣杆中我们设计有平行四边形机构对衣架手动夹紧。

本作品能实现升降和外伸，使得晾衣服和收衣服十分方便，在吹风时，衣架被夹紧装置夹紧，防止衣服被刮落；下雨时，通过温湿感应器与电机之间的链接，从而通过电机正反转将衣服外伸和

收回。

晾衣杆三维图

本作品组成：

升降外伸装置:

通过螺杆带动曲柄摇杆机构中的曲柄的转动实现衣杆的升降和外伸的功能。

夹紧装置：

通过平行四边形机构实现对衣架的夹紧。

电磁分压装置：

通过对电磁装置接通和断开，产生磁力吸附衣杆上磁铁实现对衣杆的分压功能。

温湿感应装置：

通过温湿度感应器判断空气中温度和湿度，输出信号使电机带动螺杆转动，实现对衣服的自动控制功能。

本作品放置在寝室阳台内的顶部，既不占面积，又方便美观，而且成本低。

联系人：

田泽明联系电话：

18990921602EMALL：

tianzem@

2、研制背景及意义

随着社会的发展和科学的进步，人们对生活的要求越来越高，在这个快节奏是时代，人们的时间观念逐渐加强，日程安排密集，一些生活琐事不应该占据人们更多的时间，因此智能化的生活用品也越来越受人们的青睐，晾衣杆也就成为其中的之一。

但是，现有的晾衣杆却无法同时实现上升下降和外伸收回，也无法再下雨时及时将衣服收回，对衣杆的夹紧装置也没有过好的涉及。

我们设计的“Sensitive-intellective”晾衣杆是由升降外伸装置、夹紧装置、电磁分压装置、温湿感应装置组成。

既能实现现有晾衣杆的优点，又能克服现有晾衣杆的缺点，把缺点化的东西解决掉并转化为优点。

3、现状分析与改进

3.1目前市场上晾衣杆的现状

①目前市场上存在着的晾衣杆大多数是手动晾衣杆，存在少部分是电动的晾衣杆，这两种晾衣杆都有一些局限性，比如手动晾衣杆在衣服较重的时候只能靠手动才能把衣服晾上，比较费力，浪费时间，升降速度慢。

而电动的晾衣杆在电机出现故障或停电的时候不能够将衣服晾上，还是十分的不方便。

②目前消费的人群中，大多数属于朝九晚五的上班族、在校学生、生意人等等，他们都没有大量的时间在这些生活的琐事上面，在家在寝室的的时间也很少，如果遇到下雨天或者刮大风的时候就不能及时的将衣服收回来，衣服就将会被雨打湿或者被风刮落。

市场上存在的晾衣杆

3.2作品改进与创新

①利用电机带动螺杆转动，使螺母往复移动，从而完成晾衣杆的外伸和收回。

②利用离合器实现手动控制，可解决电机出现故障或停电时来手动收衣，以免衣服停留在空中或者晾衣杆不能使用。

③利用平行四边形夹紧装置，当晾衣服时，手动夹紧，增加衣架的稳定，刮风时就不害怕衣服被刮落。

④利用温湿感应器与电机之间的结合，触发信号使电机工作，驱动螺母转动，从而使衣杆做圆弧轨迹收回，下雨的时候就能及时的将衣服收回。

总体示意图

4、作品设计内容

4.1材料的选择

本“Sensitive-intellective”晾衣杆的传动件是大径和长度10mm×350mm的螺杆，密度7.85克/立方厘米，具有良好的传动性能。

其它杆件是由铝合金加工而成的方形棒，其长度尺寸大小分别为50mm、54mm、48.8mm、20mm、87.2mm、28mm，这种材料坚硬美观，轻巧耐用，长久不生锈，易加工，耐热性高，承受力较大。

我们选用的是CNMYE1-P25吸盘式电磁铁。

吸盘式电磁铁在通电状态下可产生强劲吸附力，把它安装在自动化设备中可对被吸附物体起到停止或移动作用。

广泛应用于自动化配送生产线，分拣机器、机械手、实验设备、医疗、研磨、切割、切削等自动化加工生产线上材料或产品的输送，传递，控制简单，省力省电，安全可靠，并可进行远程操作，利用这一电磁铁，极大的减小了衣杆的受力，保证了衣杆的寿命。

4.2机构的描述

曲柄摇杆机构是由多个杆通过低副连接组成的能转动的机构，曲柄的转动通过连杆的平面运动转化为同一运动平面内的另外一个转动，它能够使我们的晾衣杆摆动从而达到极限高度，也能使晾衣杆随摆动而收回。

它在运动过程中最小的传动角不小于30°。

其主要优点是：

①连杆机构中的运动副一般为低副，其元素之间为面接触。

②传动时单位接触面积所受力小，磨损亦相应减少。

③低副元素的接触依靠本身的几何约束来保证的，不需要附加诸如弹簧等零件。

④构成这些运动副的元素加工比较简便，易得到较高的制造精度。

⑤连杆机构还能起增力与扩大行程的作用，若接长连杆，则能控制较远距离的某些动作。

其主要的缺点是：

①实现的运动规律有一定局限性，难以准确地实现任意的运动规律。

②连杆机构中待定的设计参数较多，设计连杆远比凸轮复杂。

平行四边形是简单的四杆机构，利用两条简单平行杆实现角度在180°范围内的转动。

当衣杆没有放上之前，角度为70°；当衣杆放上之后，角度为180°，这样就能夹紧衣杆。

其主要的优点是：

以面接触承受的压强小。

①磨损较低。

②可以承受较大的载荷。

③构件形状简单，构件工作可靠。

④易于拆换。

其主要的缺点是：

①不能用于高速场合。

②精度不高。

螺纹杆有三角形、矩形、梯形、锯齿形四种牙形角，我们选用的是梯形螺纹杆，它的牙型角为30°，其传动效率略低于矩形螺纹，但是它的工艺性能好，牙根强度高，螺旋副对中性好，还可以调整间隙。

我们采用的是多线螺纹，单线螺纹只能实现连接，而多线螺纹能够实现传动，在本作品中，主要实现的是螺杆的传动，所以采用的是多线螺纹。

4.3四杆机构的自由度计算

平面机构的设计是根据已知条件来确定机构各构件的尺寸，其可以归纳为两种基本类型。

①实现给定的运动；例如：

要求满足给定的行程速度变换系数以实现预期的急回特性，实现连杆的几组给定位置等。

②实现给定的运动轨迹；例如：

要求连杆上某点能沿着给定的轨迹运动。

我们通过曲柄摇杆的摆动来实现衣杆的上升和下降，并且曲柄摇杆机构是连接电机的常用装置。

曲柄摇杆机构由机架、连杆和两根连架杆组成，且最短杆为连架杆，有一个死点，通过活动铰链连接起来的，根据自由度的计算公式：

由图可知=3×5－2×7－0=1，由此可知,只实现了螺杆的转动，机构稳定。

曲柄摇杆机构（A）

夹紧装置是简单的平行四边形机构，根据自由度计算公式可知：

由图可知=3×3－2×4－0=1，由此可知，实现平行四边夹紧装置的运动。

平行四边形机构（B）

4.4最小传动角的计算

如图当∠ACD三点共线时，AC最小，∠ABC最

最小传动角示意图

根据余弦定理知

AC=132mm

AB=250mm

BC=244mm

4.5静力分析

静力学分析示意图

平面连杆结构静力分析：

首先，设单边衣物以及晾衣杆的总重量为N，

在图中所示为杆的最大受力，此时杆只受重力和拉力的作用

N=Ft

曲柄杆件示意图

因此在设计时只需要保证Ftmax>Nmax即可。

而其他杆只需克服自身重力即可。

螺杆作用：

支撑连杆，锁定连杆的运动方向。

动态受力分析：

动态力中只考虑杆的重力，并不考虑外力对杆的影响。

经过实践及分析可知，晾衣杆的最大受力为15kg。

通过上图可知，从动杆件运动分析，连架杆上升时做逆时针圆弧运动，摆动角度最大为90°，最小传动角为31.03°。

其余杆件做连架杆杆件的连杆运动，由杆件的带动运动实现衣杆的上下和外伸、内缩运动。

5、控制系统的设计与计算

5.1电气控制部分

“Sensitive—intellective”晾衣杆的硬件部分由核心控制器（单片机AT89S52）、电源模块、驱动模块和报警模块组成。

硬件结构示意图如图所示。

↓

←→

←

→

硬件结构图

5.2最小系统设计

本作品控制系统主要以AT89S52单片机为控制核心，加以直流电机、温湿度传感器、报警器器和电源电路以及其他电路构成，来控制来实现全自动，具有成本低，控制可靠等优点。

AT89S52单片机最小系统图如图3-9所示。

AT89S52单片机小系统图

5.3温湿度传感器的选用

该系列插针型温湿度传感器采用进口SHT系列温湿度传感芯片，引脚插为标准2.54mm插针。

该传感器品质卓越、相应超快、抗干扰能力强、性价比极高。

适用OEM用户，免焊接、免水合处理，缩短开发时间，提高开发效率；准确测量相对湿度、温度、露点；全标定输出，使用时无需从新校核；卓越的长期稳定性；高精度两线制数字接口，可以直接与单片机相连。

同时DHT8x温湿度传感器加装进口的防尘帽增强了传感器对灰尘、水汽等杂质的防护能力。

所以我们选用了DHT80温湿度传感器，传感器如下图所示。

DHT80温湿度传感器

晾衣杆自动伸缩控制图

6、晾衣杆C语言

#include

#include//Keillibrary（isusedfor_nop（）_operation）

#include//Keillibrary

#include//Keillibrary

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

//----------------------------------------------------------------------------------

//modul-var

//----------------------------------------------------------------------------------

enum{TEMP,HUMI};

#definenoACK0

#defineACK1

//adrcommandr/w

#defineSTATUS_REG_W0x06//00000110

#defineSTATUS_REG_R0x07//00000111

#defineMEASURE_TEMP0x03//00000011

#defineMEASURE_HUMI0x05//00000101

#defineRESET0x1e//00011110

sbitSCK=P1^1;//温湿度传感器控制引脚定义

sbitDATA=P1^0;

sbitrs=P2^2;//液晶12864控制引脚

sbitrw=P2^3;

sbite=P2^4;

sbitpsb=P2^5;

ucharcodewendu[]="温度：

";

ucharcodeshidu[]="湿度：

";

ucharcodezhengch[]="当前系统运行ok";

ucharcodexiayu[]="可能在刮风下雨";

unsignedchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};

unsignedchardatadisplay[5]={0x0