一款多功能智能書柜的設(shè)計(jì)與應(yīng)用★

劉 旭

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046011）

1 研究背景

隨著社會的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的繁榮，人們對生活上的質(zhì)量有了更高的要求，智能家具成了提升生活質(zhì)量的首選。住房問題已是當(dāng)今的熱門話題，由于現(xiàn)在房屋價(jià)格居高不下，導(dǎo)致購房者在選購房屋時，小戶型成為首選，擺上各種家具以后，就會變得擁擠不堪。尤其是當(dāng)家里來客人時，狹小的空間使主人倍顯尷尬。為了使更多人體驗(yàn)到高質(zhì)量生活，設(shè)計(jì)了集書架、桌子、單人床、雙人床等功能于一體的智能書柜，為用戶省去了擺放家具所占用的大量空間，并且智能化的設(shè)計(jì)使操作更為簡便，方便了人們的生活[1]。

2 研究現(xiàn)狀

進(jìn)入21 世紀(jì)，中國扎堆出現(xiàn)了智能家居研發(fā)和制造企業(yè)。以家電產(chǎn)品的智能化為主，智能家居開始建立市場營銷、技術(shù)培訓(xùn)體系，智能家具以組合智能的形式出現(xiàn)。2011 年以來，中國智能家具市場開始回暖，智能家具的品種和形式越來越豐富，智能家具產(chǎn)品開始進(jìn)入融合演變時期，中國家具正式進(jìn)入智能化時代。2020 年以后，行業(yè)并購現(xiàn)象開始成為主流，中國智能家具的發(fā)展步伐將會隨著新時代特征，進(jìn)入到新的快速發(fā)展時期。但在家用智能書柜方面還沒有形成典型產(chǎn)品，該書柜設(shè)計(jì)很好地彌補(bǔ)了這一方面的空白[2]。

3 智能書柜的組成和功能

3.1 折疊桌子設(shè)計(jì)

書桌利用自動定位系統(tǒng)，平時處于折合狀態(tài)，當(dāng)要使用書桌時，通過語音控制，書柜將自動轉(zhuǎn)換為書桌形態(tài)，省略了傳統(tǒng)的桌腿，使得桌子能夠收放自如，節(jié)約空間。書桌自動定位結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 書桌自動定位機(jī)構(gòu)

3.2 單人床設(shè)計(jì)

單人床床身嵌在書架下方，與整個柜體保持同一平面，使用時只需語音控制便可使電機(jī)啟動，放平單人床。

3.3 書柜旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個書柜安裝在一個可以任意移動的支撐座上，該支撐座通過4 個萬向輪實(shí)現(xiàn)任意移動，并且在箱體的底面上設(shè)有U 型輔助軌道，使書柜有一個固定的旋轉(zhuǎn)路徑，書柜在移動時，軸承與輔助軌道相配合，可將書柜從箱體中抽出、旋轉(zhuǎn)，最后通過語音智能控制實(shí)現(xiàn)雙人床的功能[3]。

3.4 雙人床設(shè)計(jì)

將書柜沿著U 型輔助軌道旋轉(zhuǎn)180°，以書柜底座支撐軸為中心，繞其翻轉(zhuǎn)，通過語音控制床體緩慢放下。簡單快捷的智能設(shè)計(jì)使書柜在整體結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)雙人床的功能。

4 工作原理及性能分析

在原有書柜設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上，為了方便廣大消費(fèi)者，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了智能書柜，本作品集書架、桌子、單人床、雙人床的功能于一體，空間利用最大化，智能控制最大化，解決了現(xiàn)在人們生活質(zhì)量的問題[4]。書桌安裝在單人床的夾層里，桌腿則是采用折疊定位桌腿機(jī)構(gòu)安裝在桌面夾層里，當(dāng)使用書桌時桌腿由橫向變成縱向，支撐起桌面，書柜的正面即出現(xiàn)了一個書桌；通過聲控將書桌折疊收起，使之收回到床板夾層里，利用語音或遙控控制固定轉(zhuǎn)軸即可將床板自由翻出，將床腿支起，即可實(shí)現(xiàn)單人床的功能；書柜利用萬向輪和軌道的配合實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，將書柜旋轉(zhuǎn)180°，即可實(shí)現(xiàn)雙人床的功能，雙人床支撐機(jī)構(gòu)采用相對反向傾斜的兩個平面相重合，來保證床腿的穩(wěn)定性；還可通過語音或遙控控制床身，從而達(dá)到輔助人起身的功能。智能書柜，不僅節(jié)省了大量資源與空間，而且智能化讓人們的使用更加便捷，方便了用戶的生活，提升生活質(zhì)量。整體設(shè)計(jì)效果圖如圖2 所示。

圖2 整體設(shè)計(jì)效果圖

5 整體結(jié)構(gòu)有限元分析

通過有限元軟件HyperMesn 建立智能書柜的有限元模型（見圖3），在軟件Optistruct 進(jìn)行模態(tài)分析，找出書柜的剛度薄弱點(diǎn)。

圖3 有限元分析模型

通過模態(tài)分析云圖（見圖4、圖5）的效果可以看出，書架整體的剛度較高，可以很好地滿足日常的使用，但是在書桌上的剛度不高，需要加強(qiáng)厚度，以便更好地使用。

圖4 模態(tài)分析三階、五階（MPa）云圖

圖5 模態(tài)分析八階、十階（MPa）云圖

6 應(yīng)用前景

本設(shè)計(jì)憑借著其獨(dú)特的思維視角，成功實(shí)現(xiàn)了從普通的書架，到桌子、單人床、雙人床等功能的轉(zhuǎn)變，把智能家居的理念展現(xiàn)得淋漓盡致。環(huán)比國內(nèi)同類產(chǎn)品，本創(chuàng)意在其應(yīng)用領(lǐng)域里具有明顯的優(yōu)勢，如占用空間更小、更實(shí)用、更智能化、更具人性化等。智能書柜能適用于大多數(shù)小戶型住宅，尤其對經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱的群體，具有很強(qiáng)的推廣性和應(yīng)用價(jià)值。