余翼 劉禎 蔡琪興 阮云沖

摘 要：在現(xiàn)有公交等共用交通工具上僅存在框架已固定的行李架及少量可折疊行李架，上述兩種行李架前者占用空間過大，后者操作方式繁瑣。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，實(shí)用性強(qiáng)，且配備安裝有紅外感應(yīng)裝置與伸縮結(jié)構(gòu)電性連接，將行李箱放置于該行李架前時(shí)，行李架接受的信號(hào)改變，隨即其形態(tài)由折疊狀態(tài)展至工作狀態(tài);且該設(shè)計(jì)可因行李箱的尺寸進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，直至調(diào)節(jié)為契合該尺寸的最佳工作形態(tài)為止;將行李拖走時(shí)，該設(shè)計(jì)自動(dòng)收縮折疊。

關(guān)鍵詞：紅外傳感器;自適應(yīng)尺寸;伸縮折疊;全自動(dòng)

中圖分類號(hào)：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）10-74-04

The?utility?model?relates?to?a?design?of?a?fixed?luggage?storage?rack?for?a?bus^*

Yu Yi^1，2， Liu Zhen^1，2， Cai Qixing^1，2， Ruan Yunchong?^1，2

（ 1.Hubei Key Laboratory of Power System Design and Test for Electrical Vehicle， Hubei Xiangyang 441053;2.Hubei University of Arts and Science， School of Automotive and Traffic Engineering， Hubei Xiangyang 441053 ）

Abstract：?There are only fixed frame luggage racks and a few foldable?luggage racks on the existing public transportation vehicles. The former takes up too much space， while the latter is cumbersome to operate. This design has a reasonable structure， strong?practicability， and is equipped with an infrared induction device connected with the telescopic structure electrically. When the suitcase is placed in front of the luggage rack， the signal received by the luggage rack will change， and then its shape will expand from the folded state to the working state. And the design can be adjusted according to the size of the suitcase， until the adjustment to fit the size of the optimal working form; The design shrinks and folds automatically when luggage is towed away.

Keywords： Infrared sensor; Adaptive size; Telescopic folding; Full-automatic

CLC NO.：?U462.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）10-74-04

前言

生活中，行李架作為行李箱的一種傳統(tǒng)的固定存放裝置，成為我們旅途奔波中不可缺少的行李箱“暫歇處”;2019年我國在校大學(xué)生總量超800萬人，在外務(wù)工人口基數(shù)近4億，由此可見行李箱擁有量之大，身在旅途的行李箱持有者除少數(shù)擁有私家車、出租車等方式解決行李箱運(yùn)輸問題外，大部分人都得依靠公交車、地鐵等交通工具來解決行李箱的隨身運(yùn)輸;在人們攜帶行李乘坐公交車時(shí)，常常遇到因?yàn)楣卉囋谛旭傔^程中突然變速導(dǎo)致行李滑動(dòng)、翻倒等問題。行李在公交車上滑動(dòng)、翻倒存在使行李中的易碎物品碎裂，或者撞到其它乘客的安全隱患。為防止這樣的情況發(fā)生，市面上常見的解決方法是在車廂內(nèi)安裝固定框架的行李架^[1]或手動(dòng)折疊行李架^[2];上述兩種方法在客流高峰期時(shí)因占空間過大或使用步驟繁瑣等問題，明顯不能滿足乘客需求^[3]。本設(shè)計(jì)多處裝有紅外感應(yīng)裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，能實(shí)現(xiàn)行李架收縮折疊與展開狀態(tài)間的自動(dòng)切換，以及最佳尺寸的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

1?行李架的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1?行李架的整體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，本設(shè)計(jì)包括安裝座、立柱、橫桿和兩個(gè)支桿;立柱固定安裝至安裝座，且立柱沿豎直方向設(shè)置;橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于立柱，橫桿可轉(zhuǎn)動(dòng)至水平方向的展開位置，以及轉(zhuǎn)動(dòng)至與立柱貼合的折疊位置;兩個(gè)支桿分別可轉(zhuǎn)動(dòng)連接于橫桿的兩端，兩個(gè)支桿可轉(zhuǎn)動(dòng)至與橫桿位于同一水平面、沿橫桿的同側(cè)延伸的展開位置，以及轉(zhuǎn)動(dòng)至與所述橫桿貼合的折疊位置。

其中兩個(gè)支桿為左支桿和右支桿，橫桿包括分設(shè)于立柱相對(duì)兩側(cè)同一高度處的左橫桿和右橫桿，左橫桿和右橫桿的一端分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝至立柱，另一端分別用于連接左支桿和右支桿。

在上述橫、支桿內(nèi)部分別設(shè)有橫、支桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以驅(qū)動(dòng)各桿從收縮位置轉(zhuǎn)動(dòng)至工作位置。

本設(shè)計(jì)還包括多個(gè)紅外感應(yīng)裝置，對(duì)應(yīng)設(shè)于立柱的上端、橫桿用于連接支桿的一端，與立柱伸縮裝置、橫桿伸縮裝置電性電性連接，用于分別控制立柱、橫桿的伸縮距離。以及最外側(cè)的束帶，束帶設(shè)置為兩個(gè)，兩個(gè)束帶分別連接于兩個(gè)支桿的自由端。

1.2?行李架的重點(diǎn)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.2.1 行李架的重點(diǎn)結(jié)構(gòu)

在圖1的基礎(chǔ)上，為更清楚說明本設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)及工作原理，現(xiàn)將結(jié)構(gòu)示意圖2、3附上。

1.2.2 行李架的工作原理

圖1為本次設(shè)計(jì)行李架的結(jié)構(gòu)示意圖。該行李架具有收縮、展開兩種狀態(tài);當(dāng)其處于收縮狀態(tài)時(shí)，支桿折疊至貼合橫桿，橫桿折疊至貼合立柱，此時(shí)，支桿、橫桿和立柱均呈豎直方向設(shè)置。

在需要使用時(shí)，該行李架可自動(dòng)由收縮狀態(tài)展開至工作狀態(tài)，在使用完成后自動(dòng)從工作狀臺(tái)折疊至收縮狀態(tài)。請(qǐng)參閱圖2，在行李架的橫桿處設(shè)置橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于分別驅(qū)動(dòng)橫桿從折疊位置轉(zhuǎn)動(dòng)至展開位置。左橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一定滑輪、第一轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和第一鋼絲，第一定滑輪固定安裝于立柱，第一轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)也安裝于立柱，且位于第一定滑輪的下側(cè);第一鋼絲的一端纏繞于第一轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，另一端經(jīng)第一定滑輪后連接至左橫桿。第一轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)工作時(shí)纏繞第一鋼絲，施加給第一鋼絲拉力，拉力進(jìn)一步傳遞給左橫桿，使貼合于立柱的左橫桿向上轉(zhuǎn)動(dòng)至水平方向，以達(dá)到展開位置。在使用完成后，第一轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)以松動(dòng)第一鋼絲，左橫桿在自身重力作用下，從水平方向回落至豎直方向，而回到折疊位置。右橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與左橫桿3轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理相同。右橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第二定滑輪、第二轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和第二鋼絲，第二定滑輪固定安裝于立柱，第二轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)也安裝于立柱，且位于第二定滑輪的下側(cè);第二鋼絲的一端纏繞于第二轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，另一端經(jīng)第二定滑輪后連接至右橫桿。右橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理不做贅述。在使用完成后，第二轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)以松動(dòng)第二鋼絲，右橫桿在自身重力作用下，從水平方向回落至豎直方向，以回到折疊位置。并且，本設(shè)計(jì)中的兩個(gè)支桿亦可自動(dòng)從折疊位置轉(zhuǎn)動(dòng)至展開位置，在使用完成后從展開位置自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)至折疊位置。

該行李架還設(shè)有支桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以分別驅(qū)動(dòng)支桿從折疊位置轉(zhuǎn)動(dòng)至展開位置。請(qǐng)參閱圖3，左支桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第三定滑輪、第三轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和第三鋼絲，第三定滑輪安裝于左橫桿，第三轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)安裝于左橫桿，且位于第三定滑輪的內(nèi)側(cè)，第三鋼絲一端纏繞于第三轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，另一端經(jīng)第三定滑輪后固定至左支桿。第三轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)工作時(shí)纏繞第三鋼絲，施加給第三鋼絲拉力，拉力進(jìn)一步傳遞給左支桿，使貼合于左橫桿的左支桿沿左橫桿所在的水平面向左轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)左支桿用于連接左橫桿的一端抵接至左橫桿的側(cè)面時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)停止，左支桿達(dá)到展開位置。

在使用完成后，第三轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)以松動(dòng)第三鋼絲，為使左橫桿自動(dòng)從展開位置轉(zhuǎn)動(dòng)至折疊位置，行李架還包括左扭簧，左扭簧固定安裝于左橫桿，且左扭簧的一端固定至左橫桿，另一端固定至左支桿。當(dāng)左支桿處于折疊位置時(shí)，左扭簧的兩端相互靠近，左扭簧處于不受力狀態(tài)，當(dāng)左支桿逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)至展開位置的過程中，左扭簧受外力發(fā)生變形;當(dāng)使用完成后，第三鋼松動(dòng)時(shí)，左扭在自身恢復(fù)力的作用下驅(qū)動(dòng)左支桿回到初始的折疊位置。

右橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與左橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理相同;右扭簧與左彈簧的安裝方式和工作原理也相同。右支桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第四定滑輪、第四轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和第四鋼絲，第四定滑輪安裝于右橫桿，第四轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)安裝于右橫桿，且位于第四定滑輪的內(nèi)側(cè)，第四鋼絲一端纏繞于第四轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，另一端經(jīng)第四定滑輪后固定至右支桿。右扭簧固定安裝于右橫桿，且右扭簧的一端固定至右橫，另一端固定至右支，用以在自身恢復(fù)力作用下驅(qū)動(dòng)右支桿自展開位置轉(zhuǎn)動(dòng)至折疊位置。右橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和右扭簧的工作原理不做贅述。

立柱包括上立柱和下立柱，為使立實(shí)現(xiàn)自動(dòng)伸縮。上立柱通過立柱伸縮裝置可伸縮設(shè)置于下立柱。立柱伸縮裝置包括第一電機(jī)和第一螺紋桿，第一螺紋的一端安裝于下立柱，與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接，另一端與上立柱連接。當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)第一螺紋桿轉(zhuǎn)動(dòng)升降，帶動(dòng)上立柱上升或下降。通過該立柱伸縮裝置使立柱處于收縮狀態(tài)。且在立柱上還設(shè)有一根橫桿，此時(shí)，橫桿設(shè)置在上立，隨著上立柱的升降而升降。其中一個(gè)橫桿位于上立柱，另一橫桿位于下立柱;每個(gè)橫桿的兩端均設(shè)有兩個(gè)支桿，以在立的上下側(cè)各形成一個(gè)半圍合來固定行李，行李的上下均被行李存放架固定。

此外，橫桿通過橫桿伸縮裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)伸縮。橫桿包括固定段和移動(dòng)段，移動(dòng)段通過橫桿伸縮裝置可伸縮設(shè)置于固定段，固定安裝至立，其中一個(gè)支桿安裝于移動(dòng)。橫桿伸縮裝置包括第二電機(jī)和第二螺紋桿，第二螺紋的一端安裝于固定段，與第二電驅(qū)動(dòng)連接，另一端與移動(dòng)段連接，在第二電機(jī)的驅(qū)動(dòng)作用下轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮帶動(dòng)橫桿伸縮。該橫桿伸縮裝置的工作原理與立柱伸縮裝置的工作原理相同，在此不做贅述。

其中橫桿均可通過上述橫桿伸縮裝置進(jìn)行自動(dòng)伸縮，左橫的固定段固定安裝至立，左支桿安裝于左橫桿的移動(dòng)段，右橫桿的固定段固定安裝至立柱，右支桿安裝于右橫桿的移動(dòng)段。在設(shè)置立柱伸縮裝置和橫桿伸縮裝置之后，為能更好的控制立柱和橫桿的伸縮距離，該行李架還包括紅外感應(yīng)裝置。

紅外感應(yīng)裝置設(shè)于立的上端，與立柱伸縮裝置電性連接，用于控制立的伸縮距離。當(dāng)開啟紅外感應(yīng)裝置后，將行李放置在行李架前，如果行李較高而遮擋了紅外感應(yīng)裝置，紅外感應(yīng)裝置檢測(cè)到光信號(hào)被近距離的物體阻攔，從而釋放出電信號(hào)^[4]，以控制立柱伸縮裝置中的第一電機(jī)開始工作，使得立柱伸長(zhǎng);當(dāng)立柱伸長(zhǎng)至紅外感應(yīng)裝置的光信號(hào)不被近距離的物體阻攔時(shí)，控制立柱伸縮裝置中的第一電機(jī)停止工作，立停止伸長(zhǎng)。如果行李較高，紅外感應(yīng)裝置的光信號(hào)始終被近距離的物體阻攔，即立柱伸長(zhǎng)至預(yù)設(shè)的極限高度后停止伸長(zhǎng)。當(dāng)使用完成后，關(guān)閉紅外感應(yīng)裝置，第一電機(jī)反向工作，驅(qū)動(dòng)第一螺紋桿反向旋轉(zhuǎn)，以使立柱收縮至收納狀態(tài)。

同理，紅外感應(yīng)裝置設(shè)于橫桿用于連接支桿的一端， 可設(shè)于左橫桿用于連接左支桿的一端，及右橫桿用于連接右支桿的一端，從而控制左橫桿和右橫桿的伸縮距離。

三個(gè)紅外感應(yīng)裝置的開啟和關(guān)閉用同一開關(guān)控制，當(dāng)開啟該開關(guān)時(shí)，三個(gè)紅外感應(yīng)裝同時(shí)感應(yīng)行李的尺寸并控制立柱、左橫桿和右橫桿的伸縮距離。左橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、右橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、左支桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、右支桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，以及三個(gè)紅外感應(yīng)裝置的開啟和關(guān)閉均用同一開關(guān)控制，以實(shí)現(xiàn)一鍵開關(guān)控制行李架的伸縮、展開和折疊，

當(dāng)行李架處于工作狀態(tài)時(shí)，橫桿和兩個(gè)支桿在水平面形成一“匚”型的半圍合，半圍合面向座椅設(shè)置，以與座椅一起構(gòu)成圍合以限制行李的移動(dòng)。為使行李固定得更加牢靠，行李架還增加束帶，用以連接兩個(gè)支桿的自由端，以使束帶、兩個(gè)支桿和橫桿形成封閉的圍合，束帶相較于座椅，能更好的限制行李在垂直于公交車行駛方向上的滑動(dòng)，對(duì)行李的固定更加緊固、可靠。并且束帶設(shè)置為兩個(gè)，左束帶連接左支桿的自由端，右束帶連接右支桿的自由端，行李架還包括卡扣，卡扣包括公卡扣和母卡扣，公卡扣和母卡分別安裝于左束帶和右束帶，用于當(dāng)公卡扣和母卡扣對(duì)應(yīng)扣合時(shí)，左束帶和右束帶連接。在使用時(shí)，將行李放置在立柱的紅外感應(yīng)裝置前面，按壓開關(guān)鍵以一鍵開啟轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和紅外感應(yīng)裝置，行李存放架根據(jù)行李的尺寸適配地伸長(zhǎng)及展開至工作狀態(tài)，再扣緊束帶上的卡扣即可完成行李的固定。在使用完行李存放架后，解開卡扣，取出行李，再次按壓開關(guān)鍵以關(guān)閉轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和紅外感應(yīng)裝置，行李架收縮并折疊至收納狀態(tài)。

2?紅外感應(yīng)裝置的程序設(shè)計(jì)

（1）當(dāng)本行李架處于收縮狀態(tài)時(shí)，?紅外感應(yīng)裝置輸出光信號(hào)。

（2）當(dāng)光信號(hào)沒有受到阻礙時(shí)，電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，行李架處于收縮狀態(tài)不變;當(dāng)光信號(hào)受到阻礙時(shí)，紅外感應(yīng)裝置將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出至各驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的電機(jī)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，行李架由收縮狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎归_狀態(tài)。

（3）如此時(shí)的光信號(hào)不受阻礙，行李架恢復(fù)收縮狀態(tài)。

3?結(jié)論

本設(shè)計(jì)將展開、適應(yīng)行李箱尺寸和收縮等功能設(shè)計(jì)成自動(dòng)化，在極大程度上解放了使用者的雙手;因其所占空間足夠少，所以在單輛公交車上的設(shè)備可安裝量增多，滿足了乘客需求，同時(shí)也順應(yīng)了市場(chǎng)需求。

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