多功能家具一体机设计者：李静，张宇，王奕钦，黄杰，陶旭指导教师：***齐齐哈尔大学2012年4月多功能家具一体机设计者：李静，张宇，王奕钦，黄杰，陶旭指导教师：王世刚（齐齐哈尔大学机电工程学院，齐齐哈尔161006）摘要：随着时代的发展，小居室越来越多的成为了当代家庭的选择，相比与大居室，小居室的空间布局成为了一个难题，本着节省空间，合理布局的意图，研发了此多功能家具一体机。

集桌椅，书架，衣柜，床为一体，充分节约了居室空间，美化了家庭布局，简约而不见简单。

关键词：家具；组合；多功能；省空间作品内容简介本作品跟据本届机械创新设计大赛的主旨要求而设计，属于“家庭用机械”。

此机械以角铁和木板为支撑结构，高1m，宽80cm厚30cm。

机器一面利用弹簧合页拉开可组成一套桌椅。

另一面为书架，手机客户端用wifi或直接触控机器侧身电子屏幕可执行床的展开操作。

展开床长为90cm 宽为90cm.展开后机器内部空间变为橱衣柜。

机器顶部配有摄像头可对居室进行监视，保护屋内的安全。

联系人：联系电话：EMAIL：1 研制背景及意义随着国家的的发展和当前社会大背景，住房问题越来越多的成为了人民关注的焦点。

各地的房价都在持续上涨，对于当代家庭来说，小居室受到了众多人的青睐，但麻雀虽小，如何能够五脏俱全，这是一个非常令人头疼的问题，同一个家具，大居室摆放的就能相当协调，而小居室就会稍显拥挤，拥挤的空间会减少居室采光，影响人们的视觉审美，难以创造更高品质的家庭生活。

对于诸多问题我们提出如下解决思路：1）家具的摆放应具有灵活性；2）在不影响性能的前提下，家具的体积应尽可能的小；3）家具应具有更多的功能。

此多功能家具一体机旨在对对家庭内物品进行整理、储存和用机械。

它未展开态时是一个箱体，占用0.24㎡面积。

而且机械底部装有万向轮，能做到想放哪里放哪里。

一旦选定位置，可用脚踩下轮锁进行固定。

本机械分为4个功能部分，需要桌椅时，可拉开机器一侧由弹簧合页组组成的机构，即变为一套桌椅。

收回桌椅打开万向轮，把机器转过来，另一侧即为一个“书架墙”。

当需要休息的时候，手机客户端用wifi或直接触控机器侧身电子屏幕可执行书架墙变为床的操作。

机器内部空间即位橱衣柜。

机器顶部配有摄像头，可对屋内进行监视。

此机器真正做到了多功能，省空间，省材料，方便灵活的特点。

必定具有广阔的市场。

2 设计方案2.1总体设计构想为了实现多功能家具一体机（以下简称一体机）多功能，省空间，省材料的设计要求。

我们采用折叠，替换原则，把占用表面空间转向占用直立空间，在不用的时候把室内的平面空闲出来。

一体机总体分两个立面，正面有一个书架，书架内侧是床，背面是可收起的折叠桌椅。

床面收起的时候背面可以当书架，当床放下，书架用链传动始终保持与地面平行，这样既可以保证书不会落下也能起到支撑床的作用，一体机下安装自锁万向轮可以随时移动、固定某一位置，一体机的内部又能当衣柜贮藏物品。

因为我是家居类机器，为了满足客户实用性的要求我们控制部分分android 手机用户端（和arm linux用户端）和一体机受控端，一体机用嵌入式linux系统提供可视界面和显示摄像头图像，底层细节处理用回环控制的单片机系统。

手机用户端采用市场上最广泛的android系统的控制端，用wife连接，而且我们采用internet穿透技术，在任何一个连接到internet的地方只要输入控制端ip就能实现远程接收一体机摄像头的图像，显示室内的温度和控制书架——床起降的动作。

这样只要是任意一款android手机都能安装我们提供的用户端安装包进行操作。

而且我们可以设置当人员回家或者离开的时候自动升降书架——床。

2.2书架方案结构设计寝室里有很多书，而且因为空间不够不能把要看的全部摆放出来，为了解决这个问题，我们把床背面的空间利用上，要想使书架上的书不会因为床放下而掉落，我们考虑书架和机架分开，他们组成一个机构。

这样当床放下的时候就可以考虑把书架人为的使其与地面平行。

由此我们设计以下两种方案。

方案一：（图1）采用了一个轴与机架连接，使书架相对床面转动。

这样就可以在床下降的时候转动书架使其上面的书不会掉落下来。

出于床落下，床因为力矩太大不容易固定，这时书架暂时当一个支点，起支撑床的作用，书架的高度为。

但由于人参与操作，精度低，且速度不稳定，很容易使书掉落下来。

方案二：（图2）仍然采用了一个轴和机架连接，使设计相当于床面转动。

但是我们不用人为干预，采用链传动。

因为要想使书架不会掉落，我们只需保持角a和角b相等即可，这里我们用了1:1的链传动，主动轮固定在机架、从动轮和书架相连。

这样就可以准确的保持书架和地面平行，很方便。

综合考虑我们选用方案二。

图22.3主轴方案设计因为设计采用了电机用作驱动，使床升降，用带传动。

对于轴皮带轮的安放位置我们设计如下两个方案。

方案一：（图3）把皮带轮放在中间位置，这样把轴和床面固定的时候可以保证轴受力均匀，不容易发生扭转变形。

但是出于装配考虑，轴必须加工成台阶轴，轴的长度是那样一侧是的是细长轴，在强度上轴的屈服强度不均，容易破坏；在加工上，因为是细长轴，不易加工。

方案二：我们把皮带轮放在离轴承，中间放一个顶圈，保证皮带轮的横向约束，不让其轴向移动。

在材料上我们选用轴径30mm的45刚，根据计算远远超过要求的最小轴径，设计上符合要求，因为所以阶梯都集中在一侧，且阶梯不长，用车床双头加工，不用中心架就能轻松加工。

综合上述方案，我们选用方案二。

图32.4折叠桌椅的设计比较折叠桌椅在不用的时候收起，折叠在机架一侧，这样可以大大节省空间，根据这些要求我们有两个方案，符合设计要求。

方案一：（图5）折叠座椅用木板，侧面用杆件支撑，与桌椅用连接，这样放下的时候可以把杆收起，但因为用连接，不能保证杆与桌面保持90°角，而且这种结构不是标准件，互换性不好，不易加工。

方案二：（图6）折叠座椅用木板，侧面用板面支撑，与桌椅用90°合页，这样放下的时候不但可以保证与桌椅保持90°角，而且合页在市场上非常常见，木板又方便加工，符合互换性要求。

综上所述，我们采用方案二。

图53控制系统设计概述3.1 系统整体打捞系统采用Samsung公司S3C2440的ARM9处理器主频最高可达400 MHz，通过在USB接口外接一个带USB口的CMOS摄像头，将采集HSL空问的图像，并二值化，显示在qt的可视化窗口上，然后通过可视化的控制平台进行手动和自动的模式，有反馈的进行控制。

自动模式下我们能通过手动设置设置开启和关闭分立的六个机械爪子，以便于控制抓取位置，避免对被打捞物的损伤。

同时我们可以设置抓取的三个档位，实现3——1步完成本次是抓取过程；手动模式下与自动模式基本相同，唯一不同的可以实现六个机械爪子的单步执行。

本系统最大特点是使用了嵌入式Linux操作系统。

嵌入式Linux用于机械控制系统势必大大减少了工作量，因为操作系统将控制软件的通用部分抽取出来，抽象为一个底层硬件系统和上层软件系统之间的不同，而在设计新的嵌入式控制系统时，只需编写应用程序以及驱动，就可快速的完成一个全新的嵌入式系统，而且嵌入式Linux的打捞系统在很容易原有基础上进行系统功能的扩展，如实现无线监视，无线遥控，进一步添加传感器等，必将使得在Linux下可以做到很短时问设计出一个功能强大，高效，低成本的嵌入式打捞系统（后简称打捞系统），如图1。

如图13.2 一体机系统硬件设计系统选用S3C2440作为CPU，在S3C2440上具有五个16位寄存器，由于嵌入式io有很多复用功能，引脚非常珍贵，我们其中还用到了串口功能减少io引脚的浪费。

另外S3C2440处理器内部集成的USB HOST控制器支持两个USB host通信端口，其符合USB1．1协议规范，用其进行视频信息的采集，usb1.1 65m的无线网卡。

以下进行模块说明：图2嵌入式一体机的硬件结构CPU制模块如图2所示，电路包括核心CUP，JTAG 调试电路，USB接口，存储电路，复位电路等，采用一颗ARM核心的嵌入式CPUs3C2440结合外围扩展元件组成小型嵌入式系统。

运行Linux操作系统。

ARM 处理器的主要应用领域有工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用，S3C2440是三星公司开发的一款32位RISC处理器，采用了ARM 920T核心，支持WINDOWS CE和LINUX操作系统，内置SDRAM 控制器，液晶控制器，SD控制器，AD转换器。

可以方便地扩充所需的设备而不用增加外围元件。

存储器分为FLASH存储器和SDRAM存储器，FLASH存储器是一种非易失性存储器，掉电后数据不丢失。

所以用来保存OS、应用程序和重要数据。

电路上程序存储器采用了K9XXX08UOA-PCB0。

其容量为256 Mbytes，电路上采用兼容设计，可以根据需要采用不同容量的存储器。

SDRAM是一种随机读取存储器，掉电后数据不保存，但是其读写速度非常快。

所以，一般用作为程序的运行空间。

系统引导以后，将FLASH中的程序解压缩到SDRAM中运行，提高系统的运行速度。

电路设计中选择K9F1216U0A，容量为32M Bytes，采用2片组成64M，32位存储系统。

复位电路，提供CPU和外围设备上电复位和按键复位。

使用一片美信公司专用复位芯片MAX8860EUA18。

电路结构简单，复位可靠，提供标准的20 PJTAG 调试接口。

可以下载烧写板上BOOTLOADER程序。

2.3 一体机系统软件设计所有软件在Fedora 10环境下建立嵌入式Linux开发所需要的交叉编译环境，安装编译工具，编译内核，制作yaffs根文件系统并添加驱动程序以及应用程序，该打捞系统软件主要分为三个模块：图形控制界面、执行部分和反馈部分。

整个Linux软件模块如图3所示。

图3①嵌人式Linux操作系统Linux操作系统内核稳定、功能强大、支持多种硬件平台、且源代码完全开放，软硬件均可裁减适合于嵌入式开发应用，虽然Linux内核本身不具备强实时性，并不是一个专门为嵌入式设计的操作系统，且内核体积较大，而且一般嵌入式系统的硬件资源有限。

但是，如果对Linux通过配置内核，裁减shell和嵌入式c 库对系统定制，使整个系统能够存放到容量较小的FLASH中，Linux进行实时化和嵌入式化便是可行的。

②嵌入式一体机软件系统平台建立1）uboot移植去网站下载uboot 1.1.6的源码包，因为2440和2410都是arm920t核心，参照2410的配置修改2440的板子的支持，根据笔者经验，如果是nor flash启动，汇编start.s 文件几乎不用改，因为在进入start_armboot的c入口点的时候会自动初始化。