智能鞋柜设计

智能鞋柜设计

曹忠尧、叶剑、廖艳、沈家栋

（同济大学浙江学院，浙江嘉兴 314000）

摘要：智能自动化鞋柜可用来实现智能自动整理收纳鞋盒，拥有辅助脱鞋，将鞋子运输到消毒区域进行消毒，再运送到鞋架上的功能，实现了对鞋子收纳的智能自动化。采用简单的机械结构设计来实现鞋柜的功能。本文主要介绍了智能鞋柜的整体结构，对该机器的动力机构，传送带，抬升机构，齿轮齿条机构还有自锁机构进行了设计，致力于完善鞋柜运行的完整性和各方面的效率，并增强使用意义。

引言

对于当前科技发展下，智能家居的快速兴起，各种智能家居层出不穷，相较与其他家具，智能鞋柜在市场上的份额占比不小，但基本上主要只有杀毒功能。自动擦鞋，自动整理，智能控制的功能在设想上存在，在现实生活中实现似乎过于复杂，对鞋柜的设计论文也是少之又少。鞋柜作为一个存储鞋子的物件，如何快速方便的存储鞋子是人们考虑的第一要素，而机械机构来实现放鞋取鞋便与之冲突，一个上班族在早上需要取鞋动手可能只要一秒，而机械运输鞋子时间过长，其不合理性或许使机械结构鞋柜在市场中出现难以实现。自动擦鞋对于不同款式，鞋面材质不一的鞋子同样困难重重，高精准度的机构过于昂贵，低精准度的机构或许难以达到目标，自动整理同样存在空间利用率的问题需要解决。因此本研究设计的意义就在于解决智能鞋柜的可用性问题，过于复杂的方案并不可取，需要利用简单的机械机构来完成鞋柜的基本功能。

总体方案

通过上文叙述，智能鞋柜本质是服务使用者，方便快捷是设计的标准，在如今的智能家居市场上，智能鞋柜的柜式结构一般分为方块柜式和圆柱旋转式，方块柜式就是传统的鞋柜模式，圆柱旋转式是一种变式鞋柜，但圆柱占空间率似乎比方块柜式更多一些，因此采用方块式柜体是一个比较好的选择，而市面上还有一种箱盒式的鞋盒，透明小巧是年轻人的选择，在智能鞋柜设计中也可以借用。

由于上班时间问题，机械取鞋速度慢的问题，鞋柜还是选择半开放式，使用者可以自行拿取，下班时将鞋子放在指定位置，用机械机构自动将鞋子运输到消毒机构中，再将鞋子放回原位，整理鞋柜。

用抬升机构抬升鞋盒和齿轮齿条平移鞋盒的设计，选择用传送带和剪式抬升机构契合来做到平移和抬升鞋盒，右边一列用来使鞋盒下降，其他列使鞋盒能够上升，用自锁机构防止第一层以上的鞋盒掉下来，使最下面一排空出来，上方再用齿轮齿条来使鞋盒向右平移，下方的传送带将最右边运下来的鞋盒左移，做到循环运起来整理鞋盒，使额外的占用空间只有底部一层鞋盒距离的空间。鞋柜用铝型材来做支架，将机构固定在铝型材上。如图所示。

图1-1 智能鞋柜总装图

 鞋盒

由于鞋子的不规则性，用鞋盒装承鞋子使其更容易搬运。鞋盒采用长方体，用透明材质，可以让使用者清楚的看清鞋子款式，为配合辅助脱鞋机构，将鞋盒上方的盖子去除，底部划出放鞋板，使其能够被小抬升机构上抬至辅助脱鞋机构，方便完成辅助脱鞋步骤。解决将鞋子运到鞋盒的复杂问题。

底板装有滑轮并用横杆连接前板，使底板被拉出的同时打开前板，方便取鞋。如图所示。

图1-2 鞋盒总装图

辅助脱鞋机构

辅助脱鞋机构由孔板，弹簧杆阵列，软性托板和鞋头固定板组成，左右各有滑槽固定齿条，孔板两边固定齿条，电机带动齿轮旋转来控制孔板的前后运动。通过感应装置，软性托板扶住鞋后跟给予固定，提供一定的摩擦力，辅助使用者脱鞋。

辅助脱鞋机构

辅助脱鞋机构由孔板，弹簧杆阵列，软性托板和鞋头固定板组成，左右各有滑槽固定齿条，孔板两边固定齿条，电机带动齿轮旋转来控制孔板的前后运动。通过感应装置，软性托板扶住鞋后跟给予固定，提供一定的摩擦力，辅助使用者脱鞋。

由于鞋面的柔软性，机械机构提供的摩擦力需要使鞋子能正常脱出而不磨损鞋面。如图所示。

图1-3 辅助脱鞋机构

抬升机构

抬升机构分为剪叉式，臂架式，套筒式，桁架式，剪叉式是以四连杆构成平行机构平四边形的状态，从而实现垂直方向高度的变化。臂架式类似于起重机，占空间比较大，不予考虑。套筒式用油缸作为驱动，类似于吨位起重机，油缸驱动不适合运用到家具机构。桁架式类似龙门吊，同样存在占空间大的问题。要与传送带平行,使用剪叉式抬升机构中间可以镂空是一个不错的选择，剪叉式升降机承载能力强，支撑应力低，延长了使用寿命，安装简单，能够实现上下直线运动，使用用步进电机来控制剪叉式抬升机构。

因为抬升机构升降频繁，多杆机构在脉动负荷下会产生疲劳破坏。对此要对剪叉机构进行实体建模，做应力分析，确定抬升机构的最大应力值。剪叉机构中剪叉臂用销轴连接所以要验证各销轴的抗剪切强度。

右边的鞋柜中的抬升机构上平台面积大小与鞋盒底面积一致，左边消毒柜中的小抬升机构上平台面积大小与鞋盒中放鞋板面积大小一致。

抬升机构用小型电机控制，设定抬升高度为一个鞋盒的距离，做到将一列鞋盒抬升到指定位置后，用自锁机构自锁，再电机反转将抬升机构上板缩回。

图1-4 抬升机构

消毒机构

消毒柜按消毒方式划分为臭氧消毒，紫外线消毒和高温消毒。臭氧消毒主要依靠电解方式制作臭氧，将氧气电解为臭氧，臭氧在空间中极易分解，由于鞋柜是半开放式结构，臭氧浓度过高吸入人体，对人体有害，所以不适用臭氧消毒的方式；紫外线消毒利用氙气产生紫外线光光化作用消毒破坏空气中细菌及病毒的DNA成分，使其死亡或丧失繁殖能力；高温消毒是通过电磁波照射物体产生热效应，一般用在食物的消毒加热处理，其温度上升不均匀，并且难以控制，不适用与鞋柜消毒。

在智能鞋柜消毒机构设计中，选择在消毒结构中安装两个消毒灯，设定一定的消毒时间，来实现消毒杀菌的功能。可以在鞋柜中放置干燥剂，吸收鞋柜空气中的水分，防止鞋柜潮湿消毒机构如图所示。

图1-5消毒机构

总结

本文设计了智能鞋柜，具有以下特征：设备用齿轮齿条，传送带和剪叉式升降台等简易机构，实现各种功能，节省成本，实现机械一体化；在传统鞋柜的基础上增加了智能消毒，辅助脱鞋，自动整理的功能，节省使用者的时间，增加了实用性；市场上智能鞋柜产品较少，大多只有消毒功能，市场竞争力有优势。

项目基金：同济大学浙江学院教改项目“机械CAD/CAM金课”（编号：XNJG22005）