李佳奇，马天桐，韩秋宇，林 璠，姚芳萍

（辽宁工业大学机械工程与自动化学院，辽宁 锦州 121001）

1 研究背景

在日常生活中，智能化产品随处可见，智能化的家居在人们生活的方方面面也得到了越来越多的应用。例如在大型酒店、机场、火车站等，可以看到智能扫地机正在吸取地上的灰尘，现在的智能冰箱也可以自动调整冷藏温度来对食物进行保鲜。随着智能化的普及，特别是对家居生活中智能化产物的研究与投入生产，极大地便利和改善了人们的生活条件。家居生活中的晾衣架也由原来较为传统的设计样式和日常使用功能逐步创新发展起来，进入更为现代化和智能化的家居应用产品行列，逐步驶入高速发展的快车道[1-2]。晾衣、叠衣是人们生活中的一个重要组成部分，为了能够更方便人们的生活，设计一个智能化的晾衣叠衣机器已经成为了智能家居行业的研究热点，本文基于智能晾衣叠衣机展开了设计和研究[3]。

2 智能晾衣叠衣机的设计和控制

2.1 总体设计

智能晾衣叠衣机的结构如图1所示。

图1 智能晾衣叠衣机结构三视图

洗过的衣物挂在衣架上，通过干湿传感器来辨识衣物是否晾干，然后在步进电动机的作用下驱使收集机构上的摘衣机械手把晾干的衣物从衣架上分离，并传递给夹取机械手。在完成了衣物与衣架的脱离后，电动机驱使机械手在同步带上移动来夹取已经从衣架上脱离的衣物，随后在同步带上移动把衣物输送到叠衣机构的叠衣平台上，并松开衣物。当收集机构中的机械手把衣物放到叠衣台上后，在步进电动机的驱使下叠衣机构对衣物进行整叠。在完成一整套的动作流程后，机械手回到初始位置，开始对下一件已经晾干的衣物进行同样操作。智能晾衣叠衣机三维图如图2所示。

图2 智能晾衣叠衣机三维图

2.2 主要执行机构

2.2.1 摘衣机械手

图3为摘衣机械手，主要由导轨架、夹爪、转杆、连杆和电机组件组成。电机带动中间的转杆，夹爪在杆机构的带动下夹紧和松开，实现衣物的摘取。

图3 摘衣机械手

2.2.2 收集机构

图4为收集机构，主要由横向和纵向步进电机、同步带、摘衣机械手等组成。在步进电机的作用下，摘衣机械手可通过横向、纵向移动后到达衣物所在位置，并将衣物从衣架上摘取下来。

图4 收集机构

2.2.3 叠衣机构

图5为叠衣机构，主要由左、右、横向叠衣板，纵向和横向叠衣机构摆杆及连杆等组成。步进电机驱动摆杆和连杆做设计轨迹的运动，使三侧折衣板翻折，完成叠衣动作。

图5 叠衣机构

晾衣叠衣一体机的基本控制流程为：①摘衣机械手关联的干湿传感器首先能正确地辨识衣物是否晾干；②输送机构中卸衣装置卸取已经晾干的衣物，并输送给收集机构中的夹取机械手，结束后回到初始位置；③收集机构中夹取机械手在同步带上开始自动运行，将晾干的衣物输送到叠衣台上，完成这个动作流程后回到初始位置；④此时叠衣机构开始自动运行；⑤叠衣机构完成叠衣后，各运动装置都处于初始位置，开始对下一件晾干的衣物进行同样操作；⑥确保输送机构中的卸衣机械手和收集机构中的夹取机械手可以精确地运动到目标位置，在滑轨和步带上可以实现X、Y定位。

2.3 系统硬件配置

智能晾衣叠衣机实现自动的过程需要各机构协同运作。首先，STM32单片机为主控制部分，通过干湿传感器采集到的脉冲信号传递到单片机上，用来辨识衣物是否晾干；如有衣物晾干，单片机传输信号给步进电动机，驱使步进电动机开始运作，使摘衣机械手摘取衣架上的衣物；随后通过夹取机械手将晾干的衣物输送到叠衣台上，当光电传感器检测到了精确的坐标位置，使机械手能够精准地移动到固定位置；在叠衣机构中，通过步进电动机的作用，驱使叠衣动作得以实现，最后各机构回到初始位置。系统硬件配置具体如下。

直流电动机：直流电动机将电能转换为机械能，首先通过输送机构上的干湿传感器收集到衣物是否晾干的信号，并传递给STM32单片机，随后通过单片机的作用驱使直流电动机开始运作，直流电动机带动摘衣衣机械手实行动作，从而实现把衣物从衣架上摘取下来。此机构采用了31K15RGN-C直流电动机，启动和调速性能好，维修较便宜，相对于交流电动机较节能环保。

步进电动机：步进电动机通过接收到单片机发出的电脉冲信号进行驱动，通过将电脉冲信号转化为角位移或线位移的执行机构，然后驱使收集机构上的夹取机械手开始动作。采用了57BYG250B式的步进电动机，此步进电动机是两相电机，50个齿，1.8°步距角[4-5]。由于夹取机械手需要在同步带上进行横向、纵向移动，故需要放置2个步进电动机来驱使夹取机械手完成横向、纵向的运动，一个为横向步进电动机，另一个为纵向步进电动机。

夹持电机：摘衣机械手以在同步带上可以实现来回横、纵向移动为前提，需要实现对衣物的夹取来完成输送到叠衣工作台上的动作，所以需设置一个夹持电机来控制夹取机械手的夹取动作，即采用了MG995型号的电机。

3 结论

本文针对传统的晾衣叠衣机进行了智能化改变，基于STM32单片机设计了一款智能晾衣叠衣一体机，其智能模式下通过单片机的控制实现了自动晾衣叠衣的功能，最终目的是方便人们的生活。智能晾衣叠衣机更具有实际应用性，结构相对较简单，实现了对晾干衣物的自动收取和叠衣的功能，同样也便于操作，在智能家居生活中具有很大的推广意义，备受当代年轻人的喜爱。