基于慧魚模型的自動清洗、除霾、開關(guān)的智能窗戶設(shè)計＊

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)域以及社會生活的各個方面，出現(xiàn)在人們的日常衣食住行中。在人類生活水平不斷提高的今天，無論從美化環(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)成為市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可缺少的推動力。

21 世紀(jì)更是一個“智造”大環(huán)境，伴隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們開始進(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，無需再為家務(wù)所煩擾，可使人們在家居生活幸福感得到進(jìn)一步提升。

而其中，人們對窗戶功能需求不斷增加，窗戶設(shè)計研究工作也不斷取得新的成果，主要集中在兩個方面：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)險等弊端。②自動關(guān)窗方面。薛霞等人[1]設(shè)計了一種根據(jù)風(fēng)速的大小和是否有雨制作出了自動關(guān)窗裝置，葉金虎等人[2]設(shè)計了一種用于智能家居的推拉窗自動開關(guān)器，可以實現(xiàn)自動防風(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現(xiàn)窗戶自動開閉，但存在功能單一、性能不穩(wěn)定等問題。

2 產(chǎn)品設(shè)計

2.1 設(shè)計概述

團(tuán)隊深入分析用戶對窗戶的多種需求，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)計出一種自動清洗、除霾、開關(guān)的智能窗戶，窗戶實物如圖1 所示。

圖1 整體圖

2.2 功能及原理展示

2.2.1 自動開關(guān)窗戶功能

開關(guān)窗戶的機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、齒輪和齒條所組成；當(dāng)窗戶得到關(guān)閉窗戶的指令時，電機(jī)通電，電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)帶動與其連接的齒輪，齒輪與窗戶上的齒條嚙合，帶動窗戶進(jìn)行水平移動[3]，并且通過電機(jī)正反旋轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)窗戶的自動開關(guān)功能，開關(guān)窗機(jī)構(gòu)如圖2 所示。

2.2.2 自動清洗功能

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)窗戶得到清洗指令，電機(jī)通電進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并帶動與其連接的絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而使絲杠上的滑塊在豎直方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動；通過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，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，實現(xiàn)自動清洗的功能。動力傳動結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖2 開關(guān)窗裝置

圖3 動力傳動結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 除霾功能

窗框上設(shè)置防霾過濾網(wǎng)，由大數(shù)據(jù)將霧霾天氣的信號傳給單片機(jī)，對控制防霾過濾網(wǎng)的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，防霾過濾網(wǎng)降下。防霾過濾網(wǎng)較致密，通過風(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，其上通有對人無害的微小電流，可吸附通過空氣中的PM2.5顆粒，導(dǎo)電的同時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)計研發(fā)出的智家云窗APP，用戶可以通過移動終端對窗戶進(jìn)行全方位的遠(yuǎn)程控制，使用戶面對戶外環(huán)境的變化能夠及時進(jìn)行有關(guān)處理，該APP 同時具有售后維修等相關(guān)功能，能在用戶享受高質(zhì)量產(chǎn)品的同時，為用戶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)惠活動等。

圖5 APP 界面

3 結(jié)束語

自動清洗窗戶裝置的創(chuàng)新點(diǎn)主要集中在對機(jī)構(gòu)的巧妙運(yùn)用和多種功能的相互結(jié)合，通過不同機(jī)構(gòu)、電路的組合和應(yīng)用，實現(xiàn)了窗戶的可自動開關(guān)以及清洗裝置旋轉(zhuǎn)和平移，節(jié)省了窗戶清潔時間，提高清潔效率，確保運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定可靠。基于慧魚的自動清洗、除霾、開關(guān)的智能窗戶，在通過大數(shù)據(jù)自動識別周圍環(huán)境自動處理的同時，也可以利用產(chǎn)品APP實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，使用戶能夠得到更好的體驗，并且在清洗方面實現(xiàn)窗戶戶外自動清洗，極大降低了清洗的風(fēng)險，本作品獲得第九屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽慧魚組（2020）競賽全國二等獎。