一、作品簡(jiǎn)介

作者：倉(cāng)天賜 黃云超 吳正樂 高駿 代思旭
單位：泰州學(xué)院
指導(dǎo)老師：宋向前 李楊作者：倉(cāng)天賜 黃云超 吳正樂 高駿 代思旭
單位：泰州學(xué)院
指導(dǎo)老師：宋向前 李楊

? ?? ? 與智能家居系統(tǒng)含義近似的有家庭自動(dòng)化、電子家庭、數(shù)字家園、家庭網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)家居、智能家庭/建筑，在我國(guó)香港和臺(tái)灣等地區(qū)，還有數(shù)碼家庭、數(shù)碼家居等稱法。而我們所研發(fā)的晾衣收納一體機(jī)器人正是智能家居的一種，家居生活中，衣服的晾曬存放是每天脫不開的話題。而我們基于Arduino的智能晾曬收納控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目在于設(shè)計(jì)一套全新的衣物晾曬收納控制系統(tǒng)，幫助人們晾曬衣服的同時(shí)，免除人們收納存放衣服的繁瑣勞動(dòng)，可以自行將衣物收納疊放存儲(chǔ)起來，從而在生活中解決人們不必要的勞動(dòng)。該系統(tǒng)主要由機(jī)械支架，電機(jī)傳 動(dòng)及控制等部分組成。整個(gè)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單便利，便于人們?nèi)粘５氖褂镁S護(hù)，同時(shí)滿足人們的日常需求。

1.設(shè)計(jì)背景

隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)生活質(zhì)量的要求也逐漸攀升。而與人們?nèi)障⑾嚓P(guān)的生活住處 ，家庭居所更是人們?nèi)找骊P(guān)注的熱點(diǎn) 。人們的日常生活中家用的電器逐步的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，再由自動(dòng)化轉(zhuǎn)向智能化，近些年來智能家居的概念也逐漸的成為人們口中普遍流傳的熱詞！智能家居系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、智能云端控制、綜合布線技術(shù)、醫(yī)療電子技術(shù)依照人體工程學(xué)原理，融合個(gè)性需求，將與家居生活有關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場(chǎng)景聯(lián)動(dòng) 、地板采暖、健康保健、衛(wèi)生防疫、安防保安等有機(jī)地結(jié)合在一起，通過網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)“以人為本”的全新家居生活體驗(yàn)。

2.工作流程

第一步：調(diào)整晾衣角度 衣物夾具夾放好衣物后，通過手機(jī) app 控制衣物傳送裝置的啟停，帶動(dòng)傳送 帶的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而控制晾衣服的位置。如圖為衣物傳送裝置工作過程。

? ?? ? 第二步：折疊衣物 通過手機(jī) app 軟件啟動(dòng)折疊衣物功能，此時(shí)，霍爾傳感器在其連接的舵機(jī)帶 動(dòng)下，旋轉(zhuǎn)到指定位置，如下圖為衣物折疊裝置工作過程。

? ?? ? 第三步：收納衣物 折疊好后的衣服，經(jīng)過傳送帶的作用下，被帶到指定位置，再由活動(dòng)支架翻 轉(zhuǎn)到收納箱中。如下圖為衣服存放過程。

3.作品創(chuàng)新點(diǎn)

? ?? ? ① 晾衣收納一體機(jī)器人集晾曬衣服和收納衣服于一體，可以即時(shí)的將晾曬 好的衣服收納到衣柜中。隨時(shí)取出，極大的方便了使用者給用戶帶來極 佳的使用體驗(yàn)。
? ?? ? ②晾衣收納一體機(jī)器人幾乎實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化的作業(yè)方式，減少了用戶的日 常工作量！
? ?? ? ③ 晾衣收納一體機(jī)器人配備了 APP 的遠(yuǎn)程操作的功能，使用者可以在一定 的距離內(nèi)使用 APP 遠(yuǎn)程操控機(jī)器人收取和存放衣物。

4. 作品難點(diǎn)及改進(jìn)放向

4.1難點(diǎn)及解決辦法
? ?? ? ①晾衣收納一體機(jī)器人的機(jī)體構(gòu)建材料引用探索者的零部件難以組裝完成。
? ?? ? 解決辦法：采購(gòu)了一些鋁合金材料進(jìn)行機(jī)體框架的搭建。
? ?? ? ②機(jī)器人運(yùn)作時(shí)，沒有達(dá)到預(yù)期的效果或者突然停止，我們檢查完不是傳 感器和軟件調(diào)試的問題，也沒有外界影響 。
? ?? ? 解決辦法：多次調(diào)試查不出原因后，我們發(fā)現(xiàn)電源長(zhǎng)時(shí)間工作后電池的 電壓不足會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人出現(xiàn)很多原本不存在的問題。
? ?? ? ③機(jī)器人在相同環(huán)境下開始時(shí)線路出現(xiàn)混亂
? ?? ? 解決辦法：安裝時(shí)，適當(dāng)對(duì)杜邦線進(jìn)行分類和標(biāo)注減少舵機(jī)與接線板接 錯(cuò)的現(xiàn)象，從而避免機(jī)器人運(yùn)作時(shí)舵機(jī)混亂所導(dǎo)致的線路偏移。
? ?? ? ④ 裁剪的布料用來作為折疊的衣服的材質(zhì)過于柔軟，難以實(shí)現(xiàn)美觀的折疊 效果。
? ?? ? 解決辦法：通過程序加快動(dòng)作的完成，減少動(dòng)作偏差的概率。
? ?? ? ⑤機(jī)器人模型的構(gòu)建時(shí)零件數(shù)目復(fù)雜而又繁瑣，且經(jīng)常出現(xiàn)干涉的現(xiàn)象！
? ?? ? 解決辦法：在不改變整體形狀的前提下，適當(dāng)改變模型零件的局部結(jié)構(gòu) 以正確順利的完成模型的搭建。
4.2.改進(jìn)方向
? ?? ? ① 能讓機(jī)器人在大部分環(huán)境下正常工作，減少外界環(huán)境的干擾。
? ?? ? ②將外形設(shè)計(jì)的更加現(xiàn)代化、更加富有創(chuàng)新思想。
? ?? ? ③ 繼續(xù)研究傳感器，將影響傳感器的因素都考慮進(jìn)去。
? ?? ? ④ 電源兩極漏出來的地方需要用絕緣膠布粘起來，防止兩極短路，從而保 證安全。

二、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.機(jī)械機(jī)械結(jié)構(gòu)材料選取

晾衣收納一體機(jī)器人的機(jī)體的構(gòu)建主要采用鋁合金材料和探索者的相關(guān)零 部件，如圖下圖。

2. 衣物夾具機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

夾具安裝在衣服傳送裝置的履帶上，夾具內(nèi)側(cè)附吸鐵石用來夾緊衣物。當(dāng)?shù)?達(dá)衣物折疊裝置上方時(shí)，柱 2 與柱 1 接觸，傳送帶繼續(xù)向前運(yùn)行，夾具打開。圖1為衣物夾具結(jié)構(gòu)，圖 2為夾具上的吸鐵石，圖 3為夾具結(jié)構(gòu)動(dòng)作桿。

3.衣服傳送機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

? ?? ?? 由兩個(gè)直流電機(jī)與履帶組成和四個(gè)履帶輪組成，負(fù)責(zé)調(diào)整晾衣位置角度和傳 送衣服的功能。如圖下圖為衣物傳送裝置。

4. 衣服折疊機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

衣物折疊裝置，主要是由前后左右四塊可活動(dòng)板件，及其所對(duì)應(yīng)的四個(gè)舵機(jī)組成。功能上實(shí)現(xiàn)對(duì)衣物折疊功能。動(dòng)作流程為，左右前后四塊板件在舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)下依次翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)衣物的左右前后方向的折疊動(dòng)作。如圖下圖為衣物折疊裝置。

5.衣物存放機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

衣物存放裝置主要是由傳送帶、活動(dòng)支架、收納箱及其對(duì)應(yīng)的舵機(jī)電機(jī)部分組成功能上實(shí)現(xiàn)對(duì)折疊好后的衣物的傳送存放功能。動(dòng)作流程為電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送帶把折疊后衣服傳送到活動(dòng)支架上，到達(dá)指定位置后，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)支架工作，把傳送來的衣物翻轉(zhuǎn)存放到收納箱中，實(shí)現(xiàn)對(duì)衣物的最后的存儲(chǔ)收納功能。下圖為為衣物存放裝置。

三、硬件及藍(lán)牙功能

1. 硬件設(shè)計(jì)

1.1Basra主控板簡(jiǎn)介
? ?? ? Basra 是一款基于 Arduino 開源方案設(shè)計(jì)的一款開發(fā)板，通過各種各樣的傳感器來感 知環(huán)境，通過控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境。板子上的微控制器可以在 Arduino、eclipse、Visual Studio 等 IDE 中通過 c/c++語言來編寫程序，編譯成二進(jìn)制文 件，燒錄進(jìn)微控制器。下圖為實(shí)物圖片與接口。

1.2霍爾傳感器模塊

? ?? ? 霍爾傳感器主要利用霍爾效應(yīng)。磁場(chǎng)中有一個(gè)霍爾半導(dǎo)體片，恒定電流 I從 A 到 B 通過該片。在洛侖茲力的作用下，I 的電子流在通過霍爾半導(dǎo)體時(shí)向一側(cè)偏移，使該片在 CD 方向上產(chǎn)生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。下圖為霍爾傳感器霍爾

? ?? ? 電壓隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)越強(qiáng)，電壓越高，磁場(chǎng)越弱，電壓越低，霍爾電壓值很小，通常只有幾個(gè)毫伏，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強(qiáng)的信號(hào)。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機(jī)械的方法來改變磁感應(yīng)強(qiáng)度。其方法是用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪作為控制磁通量的開關(guān)，當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時(shí)，磁場(chǎng)偏離集成片，霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅(qū)動(dòng)軸的某一位置，利用這一工作原理，可將霍爾集成電路片用于點(diǎn)火正時(shí)傳感器。霍爾效應(yīng)傳感器屬于被動(dòng)型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點(diǎn) 使它能檢測(cè)轉(zhuǎn)速低的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。霍爾效應(yīng)傳感器的組成有 1-霍爾半導(dǎo)體元件 2- 永久磁鐵 3-擋隔磁力線的葉片，晾衣收納一體機(jī)器人中主要利用霍爾傳感器來檢測(cè)衣物是否到達(dá)指定位置。
? ?? ? ① 使用 PH2.54 插座，配 PH2.54 轉(zhuǎn)杜邦頭連接線
? ?? ? ② 響應(yīng)頻率：10HZ? ?? ?
? ?? ? ③ 供電電壓：3.3V 或 5V
? ?? ? ④ 工作電流：15mA

1.3舵機(jī)模塊
? ?? ? 伺服電機(jī)通常被稱為舵機(jī)，下圖為舵機(jī)。它是一種帶有輸出軸的小裝置。當(dāng)我們向伺服器發(fā)送一個(gè)控制信號(hào)時(shí)，輸出軸就可以轉(zhuǎn)到特定的位置。只要控制信號(hào)持續(xù)不變，伺服機(jī)構(gòu)就會(huì)保持軸的角度位置不改變。如果控制信號(hào)發(fā)生變化，輸出軸的位置也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。
? ?? ? ① 大扭力金屬標(biāo)準(zhǔn)齒舵機(jī) MG996R 標(biāo)準(zhǔn)伺服器
? ?? ? ② 重量: 55g
? ?? ? ③ 速度: 4.8V@0.2Osec/60°
? ?? ? ④ 6.0V@0.19sec/60°
? ?? ? ⑤ 扭力: 4.8V@13kg-cm
? ?? ? ⑥ 6.0V@15kg-cm
? ?? ? ⑦ 電壓: 4.8V-7.2V
? ?? ? ⑧ 空載工作電流: 120mA
? ?? ? ⑨ 堵轉(zhuǎn)工作電流: 1450mA
? ?? ? ⑩ 響應(yīng)脈寬時(shí)間: s 5usec
? ?? ? ? 角度偏差:回中誤差 0 度，左右各 45°誤差 s 3°齒輪: 5 金屬齒輪組
? ?? ? ? 連接線長(zhǎng)度; 300mm

1.4藍(lán)牙串口模塊
? ?? ? HC-05 藍(lán)牙串口通訊模塊具有兩種工作模式：命令響應(yīng)工作模式和自動(dòng)連接工作模式，在自動(dòng)連接工作模式下模塊又可分為主（Master）、從（Slave）和回環(huán)（Loopback）三種工作角色。當(dāng)模塊處于自動(dòng)連接工作模式時(shí)，將自動(dòng)根據(jù)事先設(shè)定的方式連接的數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)模塊處于命令響應(yīng)工作模式時(shí)能執(zhí)行下述所有 AT 命令，用戶可向模塊發(fā)送各種 AT 指令，為模塊設(shè)定控制參數(shù)或發(fā)布控制命令。通過控制模塊外部引腳（PIO11）輸入電平，可以實(shí)現(xiàn)模塊工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。如圖 （a）為藍(lán)牙串口模塊，圖 （b）為藍(lán)牙串口模塊原理圖。

參數(shù)
? ?? ? ① 藍(lán)牙 2.0 帶 EDR， 2Mbps-3Mbps 調(diào)制度
? ?? ? ② 內(nèi)置 2.4GHz 天線, 用戶無需調(diào)試天線
? ?? ? ③ 靈敏度(誤碼率)達(dá)到 －80dBm
? ?? ? ④??-4 -> 6dBm 功率可調(diào)輸出
? ?? ? ⑤ 外置 8Mbit FLASH
? ?? ? ⑥ 低電壓 3.3V 工作
? ?? ? ⑦ 可選 PIO 控制
? ?? ? ⑧ 標(biāo)準(zhǔn) HCI 端口(UART or USB)
? ?? ? ⑨ USB 協(xié)議: Full Speed USB1.1, Compliant With 2.0
? ?? ? ⑩ 數(shù)字 2.4GHz 無線收發(fā)射
? ?? ? ? CSR BC04 藍(lán)牙芯片技術(shù)
? ?? ? ? 自適應(yīng)跳頻技術(shù)
? ?? ? ? 藍(lán)牙 Class 2 功率級(jí)別

2. 藍(lán)牙功能設(shè)計(jì)

APP INVENTOR 的界面制作
? ?? ? 藍(lán)牙功能的設(shè)定大致可以分為共兩項(xiàng)，啟動(dòng)和關(guān)閉晾衣功能，開啟和關(guān)閉疊衣功能，如圖??為藍(lán)牙選擇界面菜單。

邏輯設(shè)計(jì)
? ?? ? 進(jìn)入邏輯設(shè)計(jì)狀態(tài)后，按如下思路編程，下圖為邏輯設(shè)計(jì)界面
? ?? ? （1）利用“列表選擇框”讓用戶選擇已與手機(jī)配對(duì)的外部藍(lán)牙設(shè)備；
? ?? ? （2）當(dāng)“列表選擇框”完成后，讓用戶知道外部藍(lán)牙設(shè)備與手機(jī)藍(lán)牙可以通信；
? ?? ? （3）根據(jù)“按鈕”的功能（如“開”“關(guān)”等）讓手機(jī)藍(lán)牙向外部藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送指令。

四、程序源碼

1. 示例程序

主程序代碼

藍(lán)牙控制程序

五、參考文獻(xiàn)

[1] 吳晨晨.一種智能移動(dòng)機(jī)器人通用控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2012.
[2] 范印越.機(jī)器人技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1988.
[3] 杜樣瑛.工業(yè)機(jī)器人及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版杜，1986.
[4] 馬香峰.機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.
[5] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版)[M].北京：高等教育出版杜，2006.

詳細(xì)內(nèi)容可參考?https://www.robotway.com/h-col-281.html