基于嵌入式系统的自动叠衣机装置及方法与流程

本发明涉及一种自动叠衣机，尤其是涉及一种基于嵌入式系统的自动叠衣机装置及方法。

背景技术：

在飞速发展的当代社会，叠衣服这种生活琐事给原本就被快节奏生活压迫的人们增添了烦恼，有调查数据显示，普通人的一生中，有750天花在洗衣服上，而不起眼的叠衣服则要花费375天。不仅是生活，在社会生产中，由于工厂机器智能化低，很多极其精细的动作难以完成，大多数服装制造企业的叠衣流程依旧采用人工作业，工厂流水线作业效率仍旧不是很高。综上可见，不管是在人们生活质量和幸福感的提高还是社会生产力方式的改进中，自动叠衣机都有其巨大的发展空间和不可估量的重大意义。

目前的自动叠衣主要有滑动型叠衣机、折板型叠衣机、双杆型叠衣机、卷衣型叠衣机。但是滑动型叠衣机存在体积大、折叠衣物不太整齐的缺点；折板型叠衣机存在褶皱多的缺点；双杆型叠衣机尽管在技术方面较为优越，但是价格昂贵，且结构较为复杂，难以在市面上流传开来；卷衣型叠衣机存在只能折叠轻薄衣物、且体积相对较大的缺点。综上可见，在折衣质量和叠衣机本身的体积及成本方面是目前自动叠衣机所欠缺的。国内外尽管已经有许多专利对叠衣机进行设计和改良，但实用性强、扩展性好、效率高、制作成本低、操作性简单的设计仍未出现，控制系统的设计不够成熟，创新结构或整合多种结构的叠衣机仍有很大发展空间。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种基于嵌入式系统的自动叠衣机装置及方法，该装置体积小，便于存放与携带，机械结构和过程较之之前的叠衣机更为简单，更易操作。

本发明采用的技术方案是：

一、一种基于嵌入式系统的自动叠衣机装置

本发明包括底板、置物平台、三个平移旋转装置、五个限位装置，所述置物平台主要由六块以3*2阵列形式排布的置物板组成，相邻两块置物板之间有相同间隙，每块置物板通过铜柱固定于底板上表面，三个平移旋转装置包括平移旋转装置ⅰ、平移旋转装置ⅱ和平移旋转装置ⅲ，平移旋转装置ⅰ和平移旋转装置ⅱ分别固定于底板上下边缘位置且分别靠近置物平台上下侧边，平移旋转装置ⅲ固定于底板上表面且靠近置物平台其中一条左右侧边。

六块置物板分别为置物板ⅰ、置物板ⅱ、置物板ⅲ、置物板ⅳ、置物板ⅴ和置物板ⅵ，置物板ⅰ、置物板ⅱ、置物板ⅲ分别与置物板ⅳ、置物板ⅴ、置物板ⅵ上下相对布置，置物板ⅱ位于置物板ⅰ和置物板ⅲ之间，置物板ⅴ位于置物板ⅳ和置物板ⅵ之间，置物板ⅲ和置物板ⅵ均位于靠近平移旋转装置ⅲ的一侧。

所述平移旋转装置主要由平移机构和旋转机构组成；平移机构包括步进电机、电机支座、丝杆、两个丝杆支座、导轨、两个导轨支座、两个总支架和舵机底座ⅰ，丝杆平行于底板侧边布置，丝杆两端分别安装于两个丝杆支座上，，两个丝杆支座分别安装于两个固定于底板上表面的总支架上端面，两个总支架下端面均固定有导轨支座，两个导轨支座之间固定有导轨，丝杆和导轨均套装有舵机底座ⅰ，舵机底座ⅰ与丝杆通过螺纹连接，丝杆其中一端与步进电机的输出轴相连，步进电机通过电机支座固定于底板上表面；旋转机构包括舵机ⅰ、舵机支架ⅰ、l型固件、t型固件和铝管，舵机ⅰ通过固定于舵机ⅰ其中两侧的l型固件安装于舵机底座ⅰ上表面，舵机支架ⅰ底部两侧安装于舵机ⅰ另两侧的轴承上，舵机支架ⅰ上端面安装有t型固件，t型固件主要由水平面和固定于水平面中间的竖直面组成，竖直面朝向置物平台的一侧通过轴套固定有铝管，铝管伸长方向与丝杆垂直。

所述限位装置包括舵机ⅱ、舵机支架ⅱ、舵机底座ⅱ、舵盘、塑料片和限位片，舵机底座ⅱ固定于底板上表面，舵机ⅱ通过安装于舵机ⅱ两侧的舵机支架ⅱ固定于舵机底座ⅱ上，舵机ⅱ上表面安装有舵盘，舵盘通过塑料片连接有限位片；置物板ⅱ与置物板ⅴ靠近平移旋转装置一侧的两个顶角所对应的底板上表面均固定有限位装置，位于置物板ⅰ下侧边且靠近置物板ⅱ的顶角所对应的底板上表面固定有限位装置，限位装置所对应的置物板顶角位置处均开有弧形凹槽，限位装置的舵盘位于弧形凹槽内，限位装置的限位片绕舵盘在置物板上表面旋转。

所述舵机ⅰ、舵机ⅱ、步进电机均与控制电路相连，所述控制电路包括电源板、稳压模块、主控板、三块驱动板和八个舵机控制模块，三块驱动板均与电源板相连，电源板经稳压模块与主控板相连，每块驱动板和每个舵机控制模块均与主控板相连，每块驱动板均连接有一个步进电机，舵机ⅰ、舵机ⅱ均与舵机控制模块相连。

所述控制电路中，电源板l引脚与n引脚连接到市电，电源板的+v引脚和com引脚分别与稳压模块的in+引脚和in-引脚相连，三块驱动板的vcc引脚均与电源板的+v引脚和稳压模块的in+引脚相连，稳压模块的vout引脚与主控板的vin引脚相连，每个舵机控制模块的in引脚均与主控板的out引脚相连，每个舵机控制模块的vcc引脚均与主控板的vcc引脚相连，每块驱动板的dir+、pls+、ena+三个输入引脚均与主控板的vcc输出引脚相连，每块驱动板的pls-引脚、dir-引脚、ena-引脚分别连接至主控板的pls引脚、dir引脚、ena引脚，每块驱动板的a+引脚、a-引脚、b+引脚、b-引脚分别与所对应步进电机的h引脚、i引脚、j引脚、k引脚相连。

所述平移旋转装置中，丝杆在步进电机的带动下旋转，从而带动位于丝杆上的舵机底座ⅰ沿丝杆来回移动；舵机支架ⅰ在舵机ⅰ的带动下绕轴承旋转从而带动铝管做旋转运动。

所述限位装置中，舵盘在舵机ⅱ的带动下做旋转运动，从而带动与舵盘相连的限位片做旋转运动。

靠近置物板弧形凹槽的位置处均安装有u型螺丝，u型螺丝在置物板表面形成u型凸起；限位装置的限位片从置物板其中一侧边旋转至另一侧边时在u型螺丝的作用下向上抬起。与限位片相连的塑料片是可弯曲形变的。

所述平移旋转装置ⅰ的铝管延伸至置物板ⅱ，平移旋转装置ⅱ的铝管延伸至置物板ⅴ，平移旋转装置ⅲ的铝管从置物板ⅲ延伸至置物板ⅰ。

所述铝管可从相邻两块置物板之间的间隙通过。

所述相邻两块置物板之间之间有2cm宽的间隙，便于铝管上下移动。

二、基于上述叠衣机装置的操作方法

包括以下步骤：

步骤s1：初始状态下，平移旋转装置ⅰ的铝管移动旋转至置物板ⅳ和置物板ⅴ的间隙下方，平移旋转装置ⅱ的铝管移动旋转至置物板ⅱ和置物板ⅲ的间隙下方，平移旋转装置ⅲ的铝管移动旋转至置物板ⅰ和置物板ⅳ的间隙下方，置物板ⅱ和置物板ⅴ上表面的所有限位片均旋转至水平位置，位于靠近平移旋转装置一侧的侧边位置处，置物板ⅰ上表面的限位片旋转至靠近置物板ⅱ一侧的侧边位置处；

步骤s2：将衣物平铺于置物平台上表面中间位置，置物板ⅱ和置物板ⅴ上表面的所有限位片均从水平位置旋转至竖直位置压在衣物上表面；

步骤s3：置物板ⅴ的铝管穿过置物板ⅳ和置物板ⅴ的间隙向上旋转至间隙上方，将铝管从置物板ⅴ一侧平移至另一侧，从而带动位于置物板ⅰ和置物板ⅳ上的衣物翻折至中间位置，然后带动铝管平移至置物板ⅴ一侧后旋转至竖直方向最高位置；置物板ⅱ的铝管穿过间隙向上旋转至间隙上方，将铝管从置物板ⅱ一侧平移至另一侧，从而带动位于置物板ⅲ和置物板ⅵ上的衣物翻折至中间位置，然后带动铝管平移至置物板ⅱ一侧后旋转至竖直方向最高位置；

步骤s4：将置物板ⅱ和置物板ⅴ上表面的所有限位片均从竖直位置旋转至水平位置；

步骤s5：将置物板ⅰ的限位片旋转至置物板ⅱ靠近置物板ⅴ的侧边位置处，压在衣物中部；

步骤s6：将平移旋转装置ⅲ的铝管向上旋转穿过置物板ⅰ和置物板ⅳ之间的间隙，接触到衣物后，将铝管从置物板ⅱ的下侧边平移至置物板ⅱ的上侧边，从而带动位于置物板ⅴ上的衣物翻折至置物板ⅱ；

步骤s7：将置物板ⅰ的限位片旋转至置物板ⅰ的下侧边，从而带动位于置物板ⅱ上的衣物移动至置物板ⅳ；

步骤s8：全归位环节：将平移旋转装置ⅰ、平移旋转装置ⅱ、平移旋转装置ⅲ的铝管平移旋转至步骤s1初始状态所处的位置；将置物板ⅰ的限位片旋转至步骤s1初始状态所处的位置。

所述步骤s2中，衣物平铺于置物板ⅱ与置物板ⅴ的限位片之间。

所述步骤s4中，置物板ⅱ与置物板ⅴ的所有限位片离开衣物，对衣物失去限位作用。

本发明的有益效果：

1)通过改进叠衣机外观，缩小叠衣机体积

本发明结合多类叠衣机的外观优点，采用隐藏滑杆的方式，最终达到体积小的外形效果。且采用轻而牢固的材质，方便携带与存放，更加耐用。

2)采用叠衣过程，衣物几乎无褶皱

由于本发明采用滑杆和限位片配合工作的叠衣策略，能有效防止放置在置物平台上的衣物的滑动，比较传统的滑动型叠衣机、折板型叠衣机，本叠衣机叠衣过程中产生的褶皱极少，甚至没有。

3)叠衣机的机构简单，易操作，效率高

本发明的所有结构都暴露在大众视线中，以简洁而又精巧的设计完成目标的叠衣功能，便于操作；本发明结构简洁，叠衣步骤精简，且能够连续作业，工作高效。

4)能够连续作业，重复性能好

本发明在叠完一件衣物后，能够在放上第二件衣物前完成各滑杆和限位片的精确全归位，这为进行第二次叠衣做好了充分的准备。根据这种设计，本叠衣机拥有连续工作的性能，能够重复叠衣。

附图说明

图1为本发明总体装配示意图。

图2为本发明置物平台俯视图。

图3为本发明平移旋转装置细节图。

图4为本发明限位装置细节图。

图5为本发明平移旋转装置示意图。

图6为本发明整体装置俯视图。

图7为本发明限位装置示意图。

图8为本发明控制电路组成示意图。

图9为本发明具体实施例中步骤s2工作状态图。

图10为本发明具体实施例中步骤s3工作状态图。

图11为本发明具体实施例中步骤s4工作状态图。

图12为本发明具体实施例中步骤s5工作状态图。

图13为本发明具体实施例中步骤s6工作状态图。

图14为本发明具体实施例中步骤s7工作状态图。

图中：1、置物板ⅰ，2、置物板ⅱ，3、置物板ⅲ，4、置物板ⅳ，5、置物板ⅴ，6、置物板ⅵ，7、铝管，10、限位片，15、舵机ⅰ，16、舵机ⅱ，17、舵机支架ⅰ，18、舵机支架ⅱ，21、底板，23、舵盘，24、l型固件，25、总支架，26、步进电机，27、电机支座，28、丝杆，29、丝杆支座，30、导轨，31、导轨支座，32、t型固件，33、u型螺丝，34、紧固螺丝，35、塑料片，36、驱动板，37、电源板，38、稳压模块，40、置物平台，41、平移旋转装置，42、限位装置，44、控制电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括底板21、置物平台40、三个平移旋转装置41、五个限位装置42，所述置物平台40主要由六块以3*2阵列形式排布的置物板组成，相邻两块置物板之间有相同间隙，每块置物板通过铜柱固定于底板21上表面，三个平移旋转装置41包括平移旋转装置ⅰ、平移旋转装置ⅱ和平移旋转装置ⅲ，平移旋转装置ⅰ和平移旋转装置ⅱ分别固定于底板21上下边缘位置且分别靠近置物平台40上下侧边，平移旋转装置ⅲ固定于底板21上表面且靠近置物平台40其中一条左右侧边。

如图2所示，六块置物板分别为置物板ⅰ1、置物板ⅱ2、置物板ⅲ3、置物板ⅳ4、置物板ⅴ5和置物板ⅵ6，置物板ⅰ1、置物板ⅱ2、置物板ⅲ3分别与置物板ⅳ4、置物板ⅴ5、置物板ⅵ6上下相对布置，置物板ⅱ2位于置物板ⅰ1和置物板ⅲ3之间，置物板ⅴ5位于置物板ⅳ4和置物板ⅵ6之间，置物板ⅲ3和置物板ⅵ6均位于靠近平移旋转装置ⅲ的一侧。

如图3和图5所示，平移旋转装置41主要由平移机构和旋转机构组成；平移机构包括步进电机26、电机支座27、丝杆28、两个丝杆支座29、导轨30、两个导轨支座31、两个总支架25和舵机底座ⅰ45，丝杆28平行于底板21侧边布置，丝杆28两端分别安装于两个丝杆支座29上，，两个丝杆支座29分别安装于两个固定于底板21上表面的总支架25上端面，两个总支架25下端面均固定有导轨支座31，两个导轨支座31之间固定有导轨30，丝杆28和导轨30均套装有舵机底座ⅰ45，舵机底座ⅰ45与丝杆28通过螺纹连接，丝杆28其中一端与步进电机26的输出轴相连，步进电机26通过电机支座27固定于底板21上表面；旋转机构包括舵机ⅰ15、舵机支架ⅰ17、l型固件24、t型固件32和铝管7，舵机ⅰ15通过固定于舵机ⅰ15其中两侧的l型固件24安装于舵机底座ⅰ45上表面，舵机支架ⅰ17底部两侧安装于舵机ⅰ15另两侧的轴承上，舵机支架ⅰ17上端面安装有t型固件32，t型固件32主要由水平面和固定于水平面中间的竖直面组成，竖直面朝向置物平台40的一侧通过轴套固定有铝管7，铝管7伸长方向与丝杆28垂直。

如图4所示，限位装置42包括舵机ⅱ16、舵机支架ⅱ18、舵机底座ⅱ46、舵盘23、塑料片35和限位片10，舵机底座ⅱ46固定于底板21上表面，舵机ⅱ16通过安装于舵机ⅱ16两侧的舵机支架ⅱ18固定于舵机底座ⅱ46上，舵机ⅱ16上表面安装有舵盘23，舵盘23通过塑料片35连接有限位片10，舵盘23与塑料片35之间通过紧固螺丝34相连；置物板ⅱ2与置物板ⅴ5靠近平移旋转装置41一侧的两个顶角所对应的底板21上表面均固定有限位装置42，位于置物板ⅰ1下侧边且靠近置物板ⅱ2的顶角所对应的底板21上表面固定有限位装置42，限位装置42所对应的置物板顶角位置处均开有弧形凹槽，限位装置42的舵盘23位于弧形凹槽内，限位装置42的限位片10绕舵盘23在置物板上表面旋转。

如图7所示，靠近置物板弧形凹槽的位置处均安装有u型螺丝33，u型螺丝33在置物板表面形成u型凸起；限位装置42的限位片10从置物板其中一侧边旋转至另一侧边时在u型螺丝33的作用下向上抬起。与限位片10相连的塑料片35是可弯曲形变的。

如图6所示，平移旋转装置ⅰ的铝管7延伸至置物板ⅱ2，平移旋转装置ⅱ的铝管7延伸至置物板ⅴ5，平移旋转装置ⅲ的铝管7从置物板ⅲ3延伸至置物板ⅰ1。

如图8所示，舵机ⅰ15、舵机ⅱ16、步进电机26均与控制电路44相连，所述控制电路44包括电源板37、稳压模块38、主控板、三块驱动板36和八个舵机控制模块，三个平移旋转装置的舵机ⅰ15分别由三个舵机控制模块(舵机1、舵机2和舵机3)控制，五个限位装置42的舵机ⅱ16分别由五个舵机控制模块(舵机4、舵机5、舵机6、舵机7和舵机8)控制，三块驱动板36均与电源板37相连，电源板37经稳压模块38与主控板相连，每块驱动板36均连接有一个步进电机26。

控制电路44中，电源板37l引脚与n引脚连接到市电，电源板37的+v引脚和com引脚分别与稳压模块38的in+引脚和in-引脚相连，三块驱动板36的vcc引脚均与电源板37的+v引脚和稳压模块38的in+引脚相连，稳压模块38的vout引脚与主控板的vin引脚相连，每个舵机控制模块的in引脚与主控板所对应的out引脚相连，每个舵机控制模块的vcc引脚均与主控板的vcc引脚相连，每块驱动板36的dir+、pls+、ena+三个输入引脚均与主控板的vcc输出引脚相连，每块驱动板36的pls-引脚、dir-引脚分别连接至主控板的pls引脚、dir引脚，三块驱动板36的ena-引脚分别连接至主控板的ena1引脚、ena2引脚、ena3引脚，每块驱动板36的a+引脚、a-引脚、b+引脚、b-引脚分别与所对应步进电机26的h引脚、i引脚、j引脚、k引脚相连。

具体实施中，主控板为arduinomega板，舵机ⅰ15、舵机ⅱ16的型号为jxpdi-6221mg，使用arduino数字输出管脚控制；电源板37的型号为s-100-36，步进电机26型号为j-5718hb5401，三块驱动板36的型号为dq542，均采用差分法控制。整个装置由控制电路44进行供电，控制电路44中的电源板37接入家用220v交流电，电源板37采用200w同步降压模块，将220v市电的火线和零线分别接于电源板的l引脚与n引脚，电源板将220v市电转换为+36v直流电流，输出后可直接与三块驱动板power部分的vcc连接，驱动板power部分的gnd引脚接地，实现为步进电机供电；电源板39输出同时与稳压模块输入端连接，稳压模块38将36v直流电降压至5v后输出给arduinomega板供电，arduinomega板与此直流电直接相连后为舵机控制模块供电，八个舵机控制模块共用5v输入和接地，信号端各占用一个arduino的数字输出管脚。稳压模块、arduinomega板、驱动板、步进电机和舵机控制模块均共地。

具体实施例：

本发明叠衣机装置的操作方法，包括以下步骤：

步骤s1：初始状态下，平移旋转装置ⅰ的铝管7移动旋转至置物板ⅳ4和置物板ⅴ5的间隙下方，平移旋转装置ⅱ的铝管7移动旋转至置物板ⅱ2和置物板ⅲ3的间隙下方，平移旋转装置ⅲ的铝管7移动旋转至置物板ⅰ1和置物板ⅳ4的间隙下方，置物板ⅱ2和置物板ⅴ5上表面的所有限位片10均旋转至水平位置，位于靠近平移旋转装置一侧的侧边位置处，置物板ⅰ1上表面的限位片10旋转至靠近置物板ⅱ2一侧的侧边位置处；

步骤s2：如图9所示，将衣物平铺于置物平台40上表面中间位置，置物板ⅴ5左侧的限位片10逆时针旋转90°，置物板ⅴ5右侧的限位片10顺时针旋转90°，压在衣物下半部；置物板ⅱ2右侧的限位片10逆时针旋转90°，置物板ⅴ5左侧的限位片10顺时针旋转90°，压在衣物上半部；

步骤s3：如图10所示，置物板ⅴ5的铝管7顺时针旋转30°穿过间隙，接触到衣物，恰好位于置物板ⅴ5上表面，再紧贴置物板向右水平移动至置物板ⅴ5的最右端，再反向平移相同的路程，并顺时针旋转30°至竖直方向最高点，静止于置物板ⅴ5上方；置物板ⅱ2的铝管7逆时针旋转30°穿过间隙，接触到衣物，恰好位于置物板ⅱ2上表面，再紧贴置物板向左水平移动至置物板ⅱ2的最左端，再反向平移相同的路程，并逆时针旋转30°至竖直方向最高点，静止于置物板ⅱ2上方；

步骤s4：如图11所示，将置物板ⅱ2和置物板ⅴ5上表面的所有限位片10均旋转至步骤s1的初始状态位置；

步骤s5：如图12所示，将置物板ⅰ1的限位片10顺时针旋转90°压在衣物中部；

步骤s6：如图13所示，平移旋转装置ⅲ的铝管7在竖直平面内(看向滑杆方向)逆时针旋转30°穿过缝隙，接触到衣物，恰好在置物板平面上，再紧贴置物板(看向滑杆方向)向左水平移动至置物板ⅱ2的最左端，再原路返回相同的路程，并逆时针旋转30°至竖直方向最高点；

步骤s7：如图14所示，将置物板ⅰ1的限位片10顺时针旋转180°将衣物留在置物板ⅳ4上，再逆时针旋转270°回归至最初位置；

步骤s8：全归位环节：将平移旋转装置ⅰ、平移旋转装置ⅱ、平移旋转装置ⅲ的铝管7平移旋转至步骤s1初始状态所处的位置；将置物板ⅰ1的限位片10旋转至步骤s1初始状态所处的位置；

步骤s9：一切归位后，等待下一次任务信号。