刘 旭

（山西机电职业技术学院，山西 长治 046011）

1 研究背景

随着社会的发展和经济的繁荣，人们对生活上的质量有了更高的要求，智能家具成了提升生活质量的首选。住房问题已是当今的热门话题，由于现在房屋价格居高不下，导致购房者在选购房屋时，小户型成为首选，摆上各种家具以后，就会变得拥挤不堪。尤其是当家里来客人时，狭小的空间使主人倍显尴尬。为了使更多人体验到高质量生活，设计了集书架、桌子、单人床、双人床等功能于一体的智能书柜，为用户省去了摆放家具所占用的大量空间，并且智能化的设计使操作更为简便，方便了人们的生活[1]。

2 研究现状

进入21 世纪，中国扎堆出现了智能家居研发和制造企业。以家电产品的智能化为主，智能家居开始建立市场营销、技术培训体系，智能家具以组合智能的形式出现。2011 年以来，中国智能家具市场开始回暖，智能家具的品种和形式越来越丰富，智能家具产品开始进入融合演变时期，中国家具正式进入智能化时代。2020 年以后，行业并购现象开始成为主流，中国智能家具的发展步伐将会随着新时代特征，进入到新的快速发展时期。但在家用智能书柜方面还没有形成典型产品，该书柜设计很好地弥补了这一方面的空白[2]。

3 智能书柜的组成和功能

3.1 折叠桌子设计

书桌利用自动定位系统，平时处于折合状态，当要使用书桌时，通过语音控制，书柜将自动转换为书桌形态，省略了传统的桌腿，使得桌子能够收放自如，节约空间。书桌自动定位结构，如图1 所示。

图1 书桌自动定位机构

3.2 单人床设计

单人床床身嵌在书架下方，与整个柜体保持同一平面，使用时只需语音控制便可使电机启动，放平单人床。

3.3 书柜旋转机构设计

整个书柜安装在一个可以任意移动的支撑座上，该支撑座通过4 个万向轮实现任意移动，并且在箱体的底面上设有U 型辅助轨道，使书柜有一个固定的旋转路径，书柜在移动时，轴承与辅助轨道相配合，可将书柜从箱体中抽出、旋转，最后通过语音智能控制实现双人床的功能[3]。

3.4 双人床设计

将书柜沿着U 型辅助轨道旋转180°，以书柜底座支撑轴为中心，绕其翻转，通过语音控制床体缓慢放下。简单快捷的智能设计使书柜在整体结构不变的基础上实现双人床的功能。

4 工作原理及性能分析

在原有书柜设计理念的基础上，为了方便广大消费者，设计团队设计了智能书柜，本作品集书架、桌子、单人床、双人床的功能于一体，空间利用最大化，智能控制最大化，解决了现在人们生活质量的问题[4]。书桌安装在单人床的夹层里，桌腿则是采用折叠定位桌腿机构安装在桌面夹层里，当使用书桌时桌腿由横向变成纵向，支撑起桌面，书柜的正面即出现了一个书桌；通过声控将书桌折叠收起，使之收回到床板夹层里，利用语音或遥控控制固定转轴即可将床板自由翻出，将床腿支起，即可实现单人床的功能；书柜利用万向轮和轨道的配合实现旋转，将书柜旋转180°，即可实现双人床的功能，双人床支撑机构采用相对反向倾斜的两个平面相重合，来保证床腿的稳定性；还可通过语音或遥控控制床身，从而达到辅助人起身的功能。智能书柜，不仅节省了大量资源与空间，而且智能化让人们的使用更加便捷，方便了用户的生活，提升生活质量。整体设计效果图如图2 所示。

图2 整体设计效果图

5 整体结构有限元分析

通过有限元软件HyperMesn 建立智能书柜的有限元模型（见图3），在软件Optistruct 进行模态分析，找出书柜的刚度薄弱点。

图3 有限元分析模型

通过模态分析云图（见图4、图5）的效果可以看出，书架整体的刚度较高，可以很好地满足日常的使用，但是在书桌上的刚度不高，需要加强厚度，以便更好地使用。

图4 模态分析三阶、五阶（MPa）云图

图5 模态分析八阶、十阶（MPa）云图

6 应用前景

本设计凭借着其独特的思维视角，成功实现了从普通的书架，到桌子、单人床、双人床等功能的转变，把智能家居的理念展现得淋漓尽致。环比国内同类产品，本创意在其应用领域里具有明显的优势，如占用空间更小、更实用、更智能化、更具人性化等。智能书柜能适用于大多数小户型住宅，尤其对经济实力较弱的群体，具有很强的推广性和应用价值。