論衣物處理裝置的設計論文
整體架構設計
該設備由機械分系統和電子控制分系統兩大部分組成，并通過(guò)這兩個(gè)分系統的協(xié)同運作，實(shí)現了整個(gè)運動(dòng)流程。
1機械系統設計
機械系統由衣物輸送裝置、衣物折疊裝置和自動(dòng)卸衣衣架組成。整體機械系統結構的建模如圖1所示。衣物輸送裝置如圖2所示，該裝置的輸送功能由一個(gè)同步帶傳動(dòng)機構和一個(gè)單繩升降機構實(shí)現。同步帶傳動(dòng)機構實(shí)現衣物在水平平面中的平移運動(dòng)，將衣物在水平位置上移動(dòng)到折疊裝置的工作區域內。系統在該機構中裝配有一直流剎車(chē)減速電機作為驅動(dòng)。單繩升降機構可實(shí)現衣物和與其相連的同步帶傳動(dòng)機構在豎直方向上的運動(dòng)，將衣物在豎直位置上移動(dòng)到折疊裝置的工作區域內。系統在該機構中裝配有一直流減速電機。為了避免在靜定狀態(tài)下電機因所提升物體的自重載荷對電機造成的損壞，同時(shí)為了防止電機在斷電后由于慣性作用繼續轉動(dòng)而導致豎直方向上的定位出現偏差，該裝置選用直流剎車(chē)減速電機，即在電動(dòng)自行車(chē)中常用的電磁制動(dòng)功能［6］。與常用的減速電機相比，剎車(chē)減速電機多了一組用于控制電磁鐵制動(dòng)器的信號線(xiàn)。當該信號線(xiàn)上的電流信號中斷時(shí)，制動(dòng)器自動(dòng)抱死，使電機立即停止工作，使得輸送裝置在豎直平面上定位準確。衣物折疊裝置位于衣物輸送裝置的一邊，一側導軌的正下方。衣物折疊裝置如圖3所示，該裝置的主體部分是一個(gè)可以在豎直平面內旋轉的箱體。箱體的上表面由5塊可以繞固定軸旋轉的塑料板組成。在箱體的后側面上有兩個(gè)夾子，用來(lái)使衣物與衣架脫離并且與薄板緊貼。工作時(shí)，衣物位于薄板上。該裝置通過(guò)板子的翻轉實(shí)現衣物的折疊。在折疊完成后，位于中間的兩塊薄板向下旋轉，衣物自然落入位于折疊裝置下方的`收集裝置中。該裝置的疊衣功能由曲柄搖桿機構和曲柄導桿機構實(shí)現。曲柄搖桿機構實(shí)現了箱體的翻轉，搖桿與箱體固定連接，曲柄由直流電機驅動(dòng)。在搖桿的第一個(gè)極限位置時(shí)，箱體與水平面呈45°夾角，接收由輸送機構傳來(lái)的衣物。在該搖桿到達的第2個(gè)極限位置時(shí)，箱體近似水平，開(kāi)始疊衣工作。曲柄導桿機構實(shí)現了薄板的翻轉。系統在薄板下裝上兩根平行導軌（如圖4所示），用滑塊將導軌與搖桿連接在一起，實(shí)現了衣板180°正反翻轉。衣架兩桿采用類(lèi)似天線(xiàn)的伸縮機構，中間有繞線(xiàn)的軸，用線(xiàn)細一端連在衣桿頂端，一端連在繞線(xiàn)軸上。當衣架與箱體接觸時(shí)，繞線(xiàn)軸伸出的手柄與箱體上的電機在同一平面內。電機帶動(dòng)繞線(xiàn)軸轉動(dòng)，使系在桿件兩端的棉線(xiàn)帶動(dòng)兩側衣桿向里收縮，直至橫向長(cháng)度小于衣領(lǐng)大小，之后衣物傳輸裝置帶動(dòng)衣架與衣物脫離。
2控制系統設計
該裝置使用時(shí)序控制與傳感器控制兩種控制相結合的方式。系統采用DSPC2000嵌入式開(kāi)發(fā)平臺［7—11］，32位架構，主頻高達150MHz，可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制應用需求。該裝置使用的DSP控制系統輸出8路獨立的脈沖寬頻調制（PWM）信號，可以獨立控制8路電機的驅動(dòng)。這8路信號通道控制衣物傳送裝置對負責提升的直流剎車(chē)減速電機、負責同步帶轉動(dòng)的直流電機、衣物折疊裝置上裝的負責箱體翻轉和薄板翻折的電機和負責中間板開(kāi)合的電機進(jìn)行時(shí)序控制。同時(shí)，在衣物傳輸裝置上裝有一個(gè)測距傳感器，便于對衣物在導軌上的位置進(jìn)行定位。在衣物折疊裝置的箱體后側面上裝有一限位開(kāi)關(guān)，當夾子和箱體接近時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，接通在箱體后側面的電機，使得與之相連的衣架的繞線(xiàn)軸轉動(dòng)�？刂葡到y的流程如圖5所示。具體的步驟如下：當掛有衣物的衣架到達與固定在傳輸裝置上的測距傳感器附近一定距離內時(shí)，傳感器將這一信號傳給DSP。在接收到信號后，DSP在一定時(shí)間內向負責箱體翻轉的電機輸出電壓信號，使箱體由水平位置旋轉到與水平面夾角45°的位置。到達位置后，箱體保持該位置一段時(shí)間。與此同時(shí)，衣架繼續在導軌上運動(dòng)，直到衣架與箱體的上邊緣平齊，衣物自然攤在箱體的5塊薄板上。然后，兩個(gè)夾子翻轉，夾住衣服。在夾衣服的同時(shí)，夾子與箱體側板接近，閉合行程開(kāi)關(guān)，接通位于箱體側板上的電機。電機帶動(dòng)與之接觸的繞線(xiàn)軸的轉動(dòng)，使衣架收縮。在一定時(shí)間后，夾子松開(kāi)，與箱體側板遠離，斷開(kāi)行程開(kāi)關(guān)，箱體側板上的電機停止工作。在衣物輸送機構上的電機再次啟動(dòng)，使衣架與箱體和衣服完全脫離。同時(shí)，負責箱體的電機反轉，使箱體回復水平狀態(tài)。然后，疊衣裝置上的左、右、下板依次翻折，完成折疊動(dòng)作。最后，分為左、右兩部分的中板向下開(kāi)啟，衣服自然落入箱體正下方的收集裝置中。
系統協(xié)調控制
經(jīng)分析，該衣物處理裝置的協(xié)調控制主要在于輸送裝置和衣架的協(xié)調控制。這個(gè)關(guān)系如果處理不好，將會(huì )導致整個(gè)運動(dòng)循環(huán)無(wú)法順利進(jìn)行。在整個(gè)運動(dòng)循環(huán)中，由于輸送裝置上的同步帶進(jìn)行的是間歇性的運動(dòng)，如果同步帶的停止和再啟動(dòng)時(shí)間沒(méi)有掌握好，有可能導致衣架沒(méi)有進(jìn)入疊衣區域，或者無(wú)法順利實(shí)現衣架與衣服的脫離。因此，該協(xié)同控制中必須解決同步帶停止與再啟動(dòng)2個(gè)時(shí)間節點(diǎn)的確定問(wèn)題。因為與這兩個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間間隔是固定的，研究者只需要準確地知道同步帶停止的時(shí)刻，就可以確定再啟動(dòng)的時(shí)刻。該裝置使用測距傳感器所提供的距離參數來(lái)確定同步帶停止的時(shí)間，從而實(shí)現協(xié)同控制，傳感器把距離參數傳給控制器。當該參數小于一固定參數時(shí)，停止同步帶，便可以實(shí)現精確控制。實(shí)驗結果證明，當距離為2。5cm時(shí)停止同步帶，能夠達到最好的效果。
試驗與分析
本研究的試驗把衣物平整度作為評價(jià)疊衣效果的指標。本研究把由該裝置處理的衣物與手工處理的衣物各放在一處，請來(lái)20位不了解兩組衣物處理過(guò)程的參與者，要求他們選出平整度更好的一組衣物。結果有12人認為手工折疊后的衣物的平整度較好，8人認為機械折疊后衣物的平整度較好。因此，可以認為手工折疊與機器折疊的效果基本相同。為了檢驗自動(dòng)衣物處理裝置的工作效率，本研究進(jìn)行了相關(guān)的試驗。經(jīng)過(guò)多次測驗，該裝置完成整個(gè)流程用時(shí)30s，而疊衣過(guò)程僅用時(shí)8s。疊衣的效果與人工疊衣的效果相同。
結束語(yǔ)
自動(dòng)衣物處理裝置是一個(gè)符合市場(chǎng)要求和家居生活的機電設備。本研究基于DSP開(kāi)發(fā)平臺，設計了一種自動(dòng)收疊衣系統，并進(jìn)行了實(shí)驗驗證。實(shí)驗結果表明，該設備可以初步代替人工進(jìn)行收衣疊衣的工作，為服裝處理的自動(dòng)化和機械化提供了一種新的實(shí)現方法。目前，該裝置能處理一定尺寸范圍內的衣物。在下一階段，本研究將著(zhù)重提高該裝置的通用性，使其能夠處理尺寸特殊或者樣式特殊的衣物。同時(shí)，以提高折疊衣物的平整度為目標進(jìn)行后續優(yōu)化。
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