CN110326972B - 适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置及其控制方法，包括自下而上依次设置的底板、可沿底板水平移动的箱体以及可随着箱体一同移动且用于放置水杯的可升降平台，该平台上设有用于夹持接水杯的夹持装置、用于检测接水杯是否放上并发出感知信号的压力传感器和用于测量水杯高度和水位高度的检测装置；箱体内设有分别与平台、夹持装置、压力传感器和检测装置相电连接的控制器，该控制器根据压力传感器发出的感知信号控制平台升降至指定位置，控制夹持装置夹紧或松开接水杯以及控制检测装置进行测量。本发明在接水时用户只需将接水杯置于平台上，控制器可控制夹紧装置自动完成夹持对准，消除了人在接水时的安全隐患。

Description

适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及接水杯夹持装置，尤其一种涉及适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置及其控制方法。
背景技术
现有的家用电水壶(瓶)都是人工解锁出水开关并用水杯接水，利用人眼观察将水杯与电水壶出水口进行对准，再利用人眼观察水杯是否装满水，接到一定水量后，人手动关闭出水。该过程的缺点在于：需要人去将杯口与出水口进行对准，由于有些电子保温水壶出水口存在视线遮挡，用户(尤其是老人和小孩)会将杯口和出水口对偏，造成热水外溢，甚至造成手部烫伤；另外，现有存在视线遮挡的电水壶(瓶)出水时，观察水杯内的水位很不方便，有时水会溢出水杯，同样对人体造成伤害。
现有关于电热水壶(瓶)的技术方案都是从电水壶本身进行发明改进，改进难度大，且不适用于普通家庭中现有的家用电水壶，适用范围窄。
因此，亟待解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种可有效解决现有家用电水壶接水时存在的安全隐患问题的适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置。
第二目的是提供一种该适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置推进的控制方法。
技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置，包括自下而上依次设置的底板、可沿底板水平移动的箱体以及可随着箱体一同移动且用于放置水杯的可升降平台，该平台上设有用于夹持接水杯的夹持装置、用于检测接水杯是否放上并发出感知信号的压力传感器和用于测量水杯高度和水位高度的检测装置；所述箱体内设有分别与平台、夹持装置、检测装置和压力传感器相电连接的控制器，该控制器根据压力传感器发出的感知信号控制平台升降至指定位置，控制夹持装置夹紧或松开接水杯以及控制检测装置进行测量。
其中，所述平台通过均布其上的至少3个升降丝杠与箱体相连接，箱体上设有一中心丝杠，中心丝杠的端部与位于箱体内的电机输出轴相连接；中心丝杠与一升降丝杠通过带轮传动组件相连接，且该升降丝杠通过带轮传动组件与其余升降丝杠相连接；电机启动带动中心丝杠转动，中心丝杠带动升降丝杠转动从而带动平台上下升降。
优选的，所述夹持装置包括与中心丝杠一端相连接的至少3个均布的弹簧杆以及与每一弹簧杆相连接且可沿平台径向移动的滑块，电机启动带动中心丝杠转动，平台升降同时通过弹簧杆拉到滑块沿平台径向移动实现夹持接水杯。
再者，所述检测装置包括垂直设置在平台上的导杆、穿设在导杆上可沿导杆滑动的磁性金属片、位于导杆顶端可吸附磁性金属片的电磁铁模块、用于测量磁性金属片高度的第一超声波模块和用于测量水位高度的第二超声波模块，电磁铁模块、第一超声波模块和第二超声波模块与控制器电连接，控制器根据压力传感器发射的感知信号控制电磁铁模块失电，磁性金属片沿导杆滑动至接水杯处，第一超声波模块将磁性金属片高度传送至控制器，第二超声波模块将水位高度传送至控制器。
进一步，还包括位于箱体内的蜂鸣器，该蜂鸣器与控制器相连接。
优选的，所述底板包括固定板以及由固定板自身折弯形成的X向侧板和Y向侧板，X向侧板与箱体之间连接有X向调节螺栓，Y向侧板与箱体之间连接有Y向调节螺栓。
再者，还包括用于控制电水壶出水口出停水的继电器模块，该继电器模块与控制器相连接。
本发明一种适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置的控制方法，包括如下步骤：压力传感器将实时检测的压力信号传输至控制器，压力未增加时控制器控制电磁铁模块保持通电状态吸附磁性金属片；压力增大时控制器控制电机转动带动中心丝杆转动下降和升降丝杠转动上升，带动平台上升至指定位置，同时带动弹簧杆向下运动，弹簧杆带动滑块向平台中心滑动从而夹紧接水杯；控制器控制蜂鸣器模块发出提示出水信号，并可控制继电器模块动作出水口出水；第二超声波模块将实时水位高度信息传送至控制器，水位增加时，控制器控制电磁铁模块失电，磁性金属片沿导杆下滑至接水杯杯口处，第一超声波模块测量磁性金属片的高度得到接水杯高度并传送至控制器，控制器根据接水杯高度设定水位预警值，当实时水位高度高于预警值时，控制器控制蜂鸣器模块发出提示停止出水信号，并可控制继电器模块动作出水口停止出水；压力减小时，控制器控制电磁铁模块通电吸附磁性金属片，控制器控制电机反方向转动带动中心丝杆转动上升和升降丝杠转动下降，带动平台下降至初始位置，同时带动弹簧杆向上运动，弹簧杆带动滑块向远离平台中心滑动从而松开接水杯。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
1、本发明将接水杯放置在可升降平台上，平台可带动接水杯升降至指定位置，利用升降平台上的夹紧装置夹紧水杯，避免人手操作所带来的安全隐患；
2、本发明中利用弹簧杆和可移动滑块的组合设计来夹紧接水杯，同时弹簧的弹力可有效防止压紧力太大使杯子被压坏的现象；
3、本发明利用导杆、超声波模块、电磁铁模块和磁性金属片组合结构可精准得到接水杯的高度和水位高度，即当电磁铁模块失电时，磁性金属片沿导杆下滑至接水杯处，第一超声波模块测量磁性金属片高度得到接水杯的高度，第二超声波模块测量水位高度；
4、本发明通过使用该接水杯自动夹持对准装置在接水时用户只需将接水杯置于平台上，控制器可控制夹紧装置自动完成夹持对准，并实时监测在水位达到预警值时报警，消除了人在接水时的安全隐患，具有自动化程度高的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中平台的结构示意图；
图3为本发明中第一超声波模块和第二超声波模块的安装示意图；
图4为本发明中夹持装置的结构示意图；
图5为本发明中去掉箱体盖的局部示意图；
图6为本发明中电机的传动示意图；
图7为本发明中电机、中心丝杠和升降丝杠的传动示意图；
图8为本发明中电气连接图；
图9为本发明中控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明一种适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置，包括底板1、箱体2、平台3、压力传感器4、夹持装置、检测装置、控制器5、蜂鸣器16和继电器模块17。蜂鸣器16位于箱体2内，蜂鸣器16与控制器5相电连接，由控制器5控制对水位过高进行报警；继电器模块17用于控制电水壶出水口出停水，该继电器模块17与控制器5相电连接。
如图5所示，底板1、箱体2和平台3自下而上依次设置，箱体2可带动平台3沿着底板1水平移动。底板1包括固定板101、X向侧板102和Y向侧板103，其中X向侧板102和Y向侧板103均由固定板101自身折弯而成。X向侧板102与箱体2之间连接有X向调节螺栓104，Y向侧板103与箱体2之间连接有Y向调节螺栓105，通过分别调节X向调节螺栓104和Y向调节螺栓105带动箱体2沿着固定板的X向和Y向移动。夹持装置、压力传感器4和检测装置均设置在平台3上，其中夹持装置用于夹持接水杯，压力传感器4用于检测接水杯是否放上并发射感知信号，检测装置用于测量水杯高度和水位高度。控制器5位于箱体2内，分别与平台3、夹持装置、压力传感器4和检测装置相电连接，该控制器5根据压力传感器4发射的感知信号控制平台3升降至指定位置，控制夹持装置夹紧或松开接水杯以及控制检测装置进行测量。
如图2和图4所示，箱体2包括箱体盒和箱体盖，平台3与箱体盖之间均布连接有至少3个升降丝杠6，箱体盖的中心位置设有一中心丝杠7，中心丝杠7上设有带轮，且该中心丝杆7与位于箱体盒内的电机8输出轴相连接，电机8可带动中心丝杠7转动并相对箱体盖上下移动。选择其中一个升降丝杠6为主动升降丝杠，该主动升降丝杠上依次穿设有2个带轮，其余升降丝杠上各穿设1个带轮，所有升降丝杠6上的带轮通过一同步带相传动连接，主动升降丝杠上的带轮与中心丝杠7上的带轮通过一同步带相传动连接。本发明电机8启动带动中心丝杠7转动，中心丝杠7通过带轮和同步带带动主动升降丝杠转动，主动升降丝杠通过其上的带轮和同步带带动其余升降丝杠转动并相对箱体盖上下移动，从而带动平台3上下升降。本发明电机正转时，中心丝杆转动，带动升降丝杠转动，从而带动平台上升，电机反转时，中心丝杆转动，带动升降丝杠转动，从而带动平台下降。本发明的电机可选用42BYGH34步进电机和ULN2803芯片组成驱动电机。电机转速设为600r/min，丝杠导程为2mm，与中心丝杠相连的带轮为2GT型同步带轮20齿，内孔8mm，带宽6mm；设有升降丝杠的带轮为2GT型同步带轮40齿，内孔8mm，带宽6mm；用于中心丝杆传动的同步带宽6mm，长200mm；用于升降丝杠传动的同步带宽6mm，长520mm，如图6和图7所示。
本发明的夹持装置包括至少3个弹簧杆9以及与弹簧杆一一对应的滑块10，弹簧杆9的一端与中心丝杠7相连接，弹簧杆9的另一端与滑块10相连接。平台上沿径向开设有便于滑块10滑动的槽口18，在平台位于槽口18两侧分别导向板19，该导向板19的侧边与平台的上表面构成可供滑块10移动的轨道。滑块10包括下滑板20和横截面为工字型的上滑块21，其中下滑板20的宽度大于上滑块21的宽度，下滑板20沿着轨道进行滑动。本发明电机8启动带动中心丝杠7转动，同时通过弹簧杆9拉到滑块10沿平台径向移动实现夹紧或松开接水杯，电机正转时，弹簧杆9向下移动拉到滑块10向平台中心移动夹紧接水杯，电机反转时，弹簧杆9向上移动拉到滑块10远离平台中心松开接水杯。
检测装置包括导杆11、磁性金属片12、电磁铁模块13、第一超声波模块14和第二超声波模块15。磁性金属片12穿设在导杆11上，可沿着导杆11上下滑动。电磁铁模块13位于刀杆11的顶部，电磁铁模块13通电状态下具有磁力可吸附磁性金属片12，失电状态下失去磁力无法吸附磁性金属片12。如图3所示，第一超声波模块14和第二超声波模块15均位于接水杯的上方，可设置在电水壶的出水口处，可根据不同电水壶具体设置。电磁铁模块13、第一超声波模块14和第二超声波模块15与控制器5电连接。当平台上没有放置接水杯的时候，压力传感器压力值不增加，控制器5控制电磁铁模块13保持通电状态，产生磁力吸附磁性金属片12，此时第一超声波模块14所测的当前磁性金属片12的高度为初始高度；当接水杯放置在平台上后，压力传感器压力值增加，控制器5根据压力传感器4发射的感知信号控制电磁铁模块13失电，电磁铁模块13失去磁力无法吸附磁性金属片12，磁性金属片12沿导杆11滑动至接水杯处，此时第一超声波模块14所测的当前磁性金属片12的高度为接水杯高度，并将该高度传送至控制器。当出水口出水后，第二超声波模块15可将接水杯内的实时水位高度传送至控制器。
如图8所示，本发明的压力传感器模块为FSR402电阻式薄膜压力传感器，第一超声波模块14和第二超声波模块15可选用HC-SR04超声波测距模块，可提供2-400cm非接触式距离感测功能。电磁铁模块13可选用为直流吸盘式电磁铁模块DC5V微型数字信号电磁铁传感器模块。控制器可选用型号为STC89C52的单片机，该单片机中包含蜂鸣器模块。继电器模块可选用型号为G5Q-1-DC5的继电器，使用5v直流电驱动。
如图9所示，本发明一种适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置的控制方法，包括如下步骤：压力传感器将实时检测的压力信号传输至控制器，压力未增加时控制器控制电磁铁模块保持通电状态吸附磁性金属片；压力增大时控制器控制电机转动带动中心丝杆转动下降和升降丝杠转动上升，带动平台上升至指定位置，同时带动弹簧杆向下运动，弹簧杆带动滑块向平台中心滑动从而夹紧接水杯；控制器控制蜂鸣器模块发出提示出水信号，并可控制继电器模块动作出水口出水；第二超声波模块将实时水位高度信息传送至控制器，水位增加时，控制器控制电磁铁模块失电，磁性金属片沿导杆下滑至接水杯杯口处，第一超声波模块测量磁性金属片的高度得到接水杯高度并传送至控制器，控制器根据接水杯高度设定水位预警值，当实时水位高度高于预警值时，控制器控制蜂鸣器模块发出提示停止出水信号，并可控制继电器模块动作出水口停止出水；压力减小时，控制器控制电磁铁模块通电吸附磁性金属片，控制器控制电机反方向转动带动中心丝杆转动上升和升降丝杠转动下降，带动平台下降至初始位置，同时带动弹簧杆向上运动，弹簧杆带动滑块向远离平台中心滑动从而松开接水杯。

Claims (6)

1.一种适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置，其特征在于：包括自下而上依次设置的底板(1)、可沿底板(1)水平移动的箱体(2)以及可随着箱体(2)一同移动且用于放置水杯的可升降平台(3)，该平台(3)上设有用于夹持接水杯的夹持装置、用于检测接水杯是否放上并发出感知信号的压力传感器(4)和用于测量水杯高度和水位高度的检测装置；所述箱体(2)内设有分别与平台(3)、夹持装置、压力传感器(4)和检测装置相电连接的控制器(5)，该控制器(5)根据压力传感器(4)发出的感知信号控制平台(3)升降至指定位置，控制夹持装置夹紧或松开接水杯以及控制检测装置进行测量；所述平台(3)通过均布其上的至少3个升降丝杠(6)与箱体(2)相连接，箱体(2)上设有一中心丝杠(7)，中心丝杠(7)的端部与位于箱体(2)内的电机(8)输出轴相连接；中心丝杠(7)与一升降丝杠(6)通过带轮传动组件相连接，且该升降丝杠(6)通过带轮传动组件与其余升降丝杠(6)相连接；电机(8)启动带动中心丝杠(7)转动，中心丝杠(7)带动升降丝杠(6)转动从而带动平台(3)上下升降；所述夹持装置包括与中心丝杠(7)一端相连接的至少3个均布的弹簧杆(9)以及与每一弹簧杆(9)相连接且可沿平台径向移动的滑块(10)，电机(8)启动带动中心丝杠(7)转动，平台(3)升降的同时通过弹簧杆(9)拉到滑块(10)沿平台径向移动实现夹紧或松开接水杯。
2.根据权利要求1所述的适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置，其特征在于：所述检测装置包括垂直设置在平台上的导杆(11)、穿设在导杆上可沿导杆滑动的磁性金属片(12)、位于导杆顶端可吸附磁性金属片的电磁铁模块(13)、用于测量磁性金属片高度的第一超声波模块(14)和用于测量水位高度的第二超声波模块(15)，电磁铁模块(13)、第一超声波模块(14)和第二超声波模块(15)与控制器(5)电连接，控制器(5)根据压力传感器(4)发出的感知信号控制电磁铁模块(13)失电，磁性金属片(12)沿导杆滑动至接水杯处，第一超声波模块(14)将磁性金属片高度传送至控制器，第二超声波模块(15)将水位高度传送至控制器。
3.根据权利要求1所述的适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置，其特征在于：还包括位于箱体内的蜂鸣器(16)，该蜂鸣器(16)与控制器(5)相连接。
4.根据权利要求1所述的适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置，其特征在于：所述底板(1)包括固定板(101)以及由固定板自身折弯形成的X向侧板(102)和Y向侧板(103)，X向侧板(102)与箱体(2)之间连接有X向调节螺栓(104)，Y向侧板(103)与箱体(2)之间连接有Y向调节螺栓(105)。
5.根据权利要求1所述的适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置，其特征在于：还包括用于控制电水壶出水口出停水的继电器模块(17)，该继电器模块(17)与控制器(5)相电连接。
6.一种根据权利要求1～5任一所述的适于电水壶的接水杯自动夹持对准装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：压力传感器将实时检测的压力信号传输至控制器，压力未增加时控制器控制电磁铁模块保持通电状态吸附磁性金属片；压力增大时控制器控制电机转动带动中心丝杆转动下降和升降丝杠转动上升，带动平台上升至指定位置，同时带动弹簧杆向下运动，弹簧杆带动滑块向平台中心滑动从而夹紧接水杯；控制器控制蜂鸣器模块发出提示出水信号，并可控制继电器模块动作出水口出水；第二超声波模块将实时水位高度信息传送至控制器，水位增加时，控制器控制电磁铁模块失电，磁性金属片沿导杆下滑至接水杯杯口处，第一超声波模块测量磁性金属片的高度得到接水杯高度并传送至控制器，控制器根据接水杯高度设定水位预警值，当实时水位高度高于预警值时，控制器控制蜂鸣器模块发出提示停止出水信号，并可控制继电器模块动作出水口停止出水；压力减小时，控制器控制电磁铁模块通电吸附磁性金属片，控制器控制电机反方向转动带动中心丝杆转动上升和升降丝杠转动下降，带动平台下降至初始位置，同时带动弹簧杆向上运动，弹簧杆带动滑块向远离平台中心滑动从而松开接水杯。
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