智能家具模块化驱动机构的设计文献综述

1. 选题背景和意义：

随着网络技术、物联网技术、人工智能技术的发展，智能化已经成为当今社会发展的主流趋势。家具作为维持人们正常生活、从事生产实践、开展社会活动必不可少的器具，其设计与制造也必将随着社会的前进逐步向智能化方向发展。目前智能化家具的发展已经起步，智能化技术与家具产品有了初步的结合，市场上已经出现了一些新奇有趣的智能家具产品，多为功能型智能家具，即通过硬件设备和信息处理传递系统，使其可以具有远程控制、数据传导、实时监测、智能识别等功能的家具。

我国已步入智能化家具设计的时代，目前国内 对于智能家具的研究主要还集中在学术领域，已建立相应的理论知识框架，并结合具体的产品案例， 定义了智能家具的概念，总结了智能家具的特点，归纳整理了智能家具的设计要点与方法。随着家具种类的日益完善、人们消费能力的提高，以及外来多功能家具文化的输入和影响，外观与功能上新的需求逐渐被设计者和消费者关注。从消费者购买的心理上分析，在千篇一律并满足基本需求的情况下，不破坏基本功能同时拥有新奇设计点的产品会成为首选。灵活多变的多功能家具能够更好地适应现代住宅的多种风格，迎合消费者的多样需求。多功能家具更顺应时代要求，在传统家具的基础上进行了多样的创新设计，满足着消费者相关的需求，其市场份额将持续增大。

本次课题是对未来的智能家具进行合理的设想，打破常规思维，在现有的普通家具的基础上，进行结构和功能上的再设计，使其更加适合现代人的生活方式。智能家具的设计给原本陈旧的家具赋予了更多意想不到的功能，很多家具也许是可移动、可重组甚至一个家具具有多个家具的功能，一方面可以减少家具所占用的房屋空间，另一方面可以大大地方便人们的日常生活。正如移动支付改变人们的消费方式一样，智能家具在未来也会逐渐改变人们家居的生活方式，其灵活易变的结构，多种多样的功能将更受到消费者的青睐；这一次课题的设计是在家具智能化这个巨大的潮流下，掀起的一朵小小的浪花，我们必须正视这个潮流，给家具智能化这个时代的推进贡献自己的一份力量。

1. 课题关键问题及难点：

课题关键问题：

1. 用于智能家具变形的机械结构模块分类
2. 智能家具模块的机构设计
3. 智能家具模块的零件设计

课题难点：

1. 对智能家具的功能设想
2. 智能家具模块的结构优化和处理
3. 机构工程图的绘制

1. 文献综述（或调研报告）：
2. 国内外研究现状

随着科技的进步，时代的发展，家具市场也正在朝着智能化的方向发展着。家具智能化的趋势逐渐成为一种不可阻挡的时代潮流。国内在很早之前就已经提出智能家具的概念设计，对未来的智能家具进行了一个合理的构想和展望，提出了智能家具作为一项工业产品必须遵循的七种原则，并给出了智能家具设计的理论结构和智能家具产业链模型^[1]，

图1智能家具理论结构 图2智能家具产业链示意图

将智能家具从一个模糊抽象的概念中提炼出来，使之更加具象化，更加清楚的展现在研究者的面前。而我国家具行业的制作水平，从上个世纪八十年代开始迅速崛起，期间经历了高速成长和规模扩张的10年，又在90年代经历了对质量、功能、环保等多方面的精细打磨阶段，

虽然已成为世界家具生产大国，但在研发、设计以及生产等方面存在着许多问题，如设计创新能力差、工业基础薄弱，加工工艺水平低等等。从这些问题中可以看出，我国的智能家具研发仍处在萌芽阶段^[1,2]。虽然智能家具的行业平均研发水平不太令人满意，但有些尚处在试验，甚至以及开始范围销售的产品却得到了消费者的期待和一致好评，消费者对于新奇的智能家具表现出强烈的好感，因为智能家具的多功能性在很大程度上可以满足现代人的生活新需求，也满足了消费者的猎奇心理。正是因为深受消费者的青睐，智能家具在家具市场上的地位日趋突出^[3]。可以看出，目前用户日渐增长的消费需求同我国家具市场落后的研发能力之间，形成了我国智能家具发展的主要矛盾。

国外的智能家具发展已初具雏形，在智能化的行业大背景下，各种类型的智能化家具层出不穷，家具智能化在国外的发展良好，家具智能化在国外已成为潮流趋势，其不仅是设计师或家具企业的创意设计，更是时代前进、社会进步、经济发展与技术革新的必然产物^[4]。国外走在行业前列的IKEA 在智能化家具方向的发展已初具规模，如 IKEA 与加州设计公司IDEO 合作的项目“Concept kitchen 2025”，在米兰展出时就受到了广泛的关注。可见国外的智能家具发展已经走在了我们的前面。但在国外智能家具快速发展的进程中，也遇到了一些问题与挑战。尽管与国内智能家具的发展相比，在一定程度上较为领先，但由于新兴行业的发展仍缺少一定的经验，且部分领域为全新未接触过的新科技，因此国外智能家具行业的发展也有着许多的问题，例如难以大规模生产，体系较为独立等等。所谓前车之鉴，后车之师，这也是我们需要注意的地方^[5]。

1. 智能家具模块化

模块在广义上可以理解为组成上一层系统的，可组合、替换、变型的单元。按层次划分，可分为整机、部件、零件、结构单元等模块；按通用性划分，可分为通用模块、专用模块。模块是一个组成整个家具系统的单元，它的存在需要保证其在这个系统中的功能作用。模块化与智能家具结合是产品设计领域中较新的设计理念，科学的模块化设计方法，智能产品的科技革新，使得二者得以合理利用。模块化设计及方法可以为智能家具设计提供合理的结构和创新的功能，设计者可以根据智能家具的分类去具体划分如何运用模块化方法去进行创新设计应用，使智能家具模块化设计更具有风格化与一体化^[6]。

模块化设计使得家具的设计更加的具体化，可以针对某个特定的场景，某一类特定的人群进行针对性的设计。在文献[7]和文献[8]中，就针对室内和室外这两个相对的场景进行了智能家具的设计探究，分别给出了场景化智能家具设计的主要特点和主要设计思维。但二者都有一个共同点，即以环境为载体，在以人为本的理念基础上，使得智能家具形式更加多样化，更加个性化，同时要求家具可以融入环境当中，与其所处的环境相和谐^[7,8]。

针对某一特定的人群，智能家具模块化设计就显得更为重要了。从这些特定人群日常的生活工作方式入手，找出其存在的共同需求，再针对这些需求进行设计、解决，就可以避免在功能设计时出现大量的无用功。文献[9]和文献[10]中，就针对SOHO人群和儿童群体进行了相对应的智能家具的设计探究，分别指出了这些群体对家具的生活诉求，然后再根据这些诉求进行了点对点的处理解决。这一方式使得智能家具不论是功能设计方面，还是市场化的生产都变得更加有针对性，其本身也会更具有市场竞争力。

1. 智能家具机构设计实例

根据模块化设计的理论，有研究者也已经设计出相应的实物。例如在文献[10]中，设计者在设计儿童餐椅的过程中就采用了模块化的组合连接方案，其每个功能单元均由一个模块完成，并且模块之间的配合十分完美，每个模块分别执行一个或多个功能，组合起来实现了餐椅这个产品功能的多样性，以达到让产品可调节尺寸、方便收纳及让儿童的坐姿更舒适的目的。同样的，针对SOHO人群，设计者也给出了相应的模块化设计方案，他们通过将通用规格尺寸设计为150mmtimes;n的标准，对家具尺寸进行灵活变动，在考虑到人机工程学的尺寸上运用模块化设计，利用模数化原理形成系列的产品；在结构上也是将家具拆分为一些基本的模块，同时舍弃了榫卯结构，以满足用户对于安装简单、方便运输等方面的需求^[9]。

在文献[7]中所给出的设计案例则更为经典。设计者以户外坐具为主要研究方向进行了模块化的设计。设计者先将坐具坐面“坐”的功能、靠背“靠”的功能、扶手“倚”的功能、坐面支撑脚“支撑”的功能等独立出来，分成多个模块，再对这些模块进行功能设计。设计者还充分利用了模块化家具系统中的模块的独立和完整性，将模块功能进行分工与组合，如如一个基础模块可以通过两个或两个以上的模块组合而成，而两个或两个以上的基础模块又可以自由组合成较高一级的模块或者设计成品。如下图所示的模块化设计坐具。

图3 多功能组合座椅 图4 坐具结构分解示意图

图3中的设计将户外坐具通过拆分，可实现“独坐”“背靠”“面坐”等多个功能，给使用者带来多种体验；图4中是单元模块呈三角形，通过连接件进行连接组合的一项户外坐具，使用者可以根据自己的选择进行组合，可以变宽、变高、变长、甚至转弯与不规则排列等，变化多端。

国外对智能家具模块化设计也非常重视,文献[6]中在提及模块化设计研究的同时，也给出了国外的设计案例：巴黎高等洛桑联邦理工学院的一群研究者发明了一种能够相互拼接、自动变形和行走的模块化智能家具，为未来的家具带来了新的可能性。这一案例仅仅是智能家具设计的冰山一角，随后更多的模块化设计的智能家具层出不穷，有贴在特殊墙壁上爬行的柜子，有和其他家具进行机械连接变成一个整体的组合家具等等，使得智能家具模块化设计的浪潮更加猛烈。于是，国外就有许多研究者在智能家具模块化设计中进行了大量的工作来探索其普遍规律。文献[11]中就刚柔耦合机器人的物理交互场景进行了理论上的研究，从而提出了新的可变刚度安全导向机制，为人与家具的安全交互提供了理论基础，也给智能家具设计者们提供了机械结构上的借鉴。国外的研究人员也指出，智能家具模块化也设计应涉及多个模块，而机械智能仅仅是一部分，还应包含电子技术，信息技术，自动化技术等多种现代科技，这些模块组合起来才构成了现代家具的整体^[12]。

参考文献：

1. 王洪亮,于伸.家具设计新理念——智能家具[J].木材工业,2006(01):31-33.
2. 薛玉涵,康丽娟.家具智能化设计研究[J].工业设计,2019(01):142-143.
3. 黄婷,周珊,刘洪海.多功能家具的使用现状与设计[J].艺术科技,2019,32(02):16 19.
4. 李珂心,杨子倩.智能家具的组成系统与设计原则[J].家具,2019,40(05):45-49 60.
5. 侯嘉珍,海鸥洋.多功能家具设计研究[J].大众文艺,2019(24):118-119.
6. 郭聪聪,孙明阳.智能家具模块化设计研究[J].工业设计,2018,(12):150-151. DOI:10.3969/j.issn.1672-7053.2018.12.084.
7. 刘盛.基于室内设计中智能化家具运用的适应性及发展[J].住宅与房地产,2019(30):82.
8. 肖优,刘杨洋.户外坐具的模块化设计研究[J].家具与室内装饰,2015,(10):34-35.
9. 张东赫,李晓瑞,惠峥琳,等.模块化智能SOHO家具设计[J].科技展望,2017,(13):153.

[10]李灿熙,王祎.儿童家具的智能化设计浅析——以儿童餐椅为例[J].艺术科技,2019,32(07):187.

[11]1.Y. Ayoubi, M. A. Laribi, S. Zeghloul, M. Arsicault. Design of V2SOM: The Safety Mechanism for Cobotrsquo;s Rotary Joints[C]. D N BadodkarT A Dwarakanath, Machines, Mechanism and Robotics. India:Division of Remote Handling amp; Robotics, 2018:148-157.

[12]Jia Zhenming. Design and Realization of Intelligent Furniture based on Modern High-tech[C].Institute of Management Science and Industrial Engineering.Proceedings of 2019 3rd International Conference on Artificial intelligence,Systems,and Computing Technology(AISCT 2019).Institute of Management Science and Industrial Engineering:计算机科学与电子技术国际学会(Computer Science and Electronic Technology International Society),2019:292-297.

1. 方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证：
2. 智能家具模块的机构设计：

实物分析法：通过调研市面上已有的智能家具的模块结构，对其进行结构上的分析，得出其可实现的功能。然后对已有的结构进行优化和改进，从而实现更好的模块化智能家具。也可从市面上现有的智能家具的功能入手，从功能反推其所具有的结构，在机构设计时提出多种方案来实现该功能，最后通过论证选择最优方案。

文献整理法：通过收集相关文献和设计专利，分析现代智能家具各个模块的结构，分析文献中给出的设计方法，从而得出现代智能家具可能具有的功能，并按照文献中的设计方法进行设计；同时参考文献中给出的案例，发散思维，类比不同案例中智能家具的功能和结构，提出多种实现该功能的结构方案，选择最优方案，然后进行扩展和优化设计。

1. 方案的可行性

上述两种方案从不同角度比较各有优劣，下面采用表格形式对两种方案的可行性进行评估，选择出可行性较高的一种方案实施。

通过比较分析可以发现，方案一调研阶段实施起来需要耗费较多的时间和精力，且其市场上现有的模块化智能家具较少，已有产品的结构也非常的固定，其结构的优化较难实施，在设计方面发挥空间较小；目前的模块化智能家具较多的都处在理论设计和小范围试验阶段，参考优秀的案例可以发散思维，在功能上和结构上做出更多的创新，所以拟采用方案二来完成智能家具的模块化设计。

五、进度安排：