基于C++源码编程的AI智能自动化桌子

熊子轩，李瀛宇

基于C++源码编程的AI智能自动化桌子

熊子轩，李瀛宇

（雏鹰翊智（北京）教育科技有限公司，北京 100000）

经过调研分析得出，现有的学习桌并不能根据使用者的需求自动调节桌面坡度及高度，均需手工调节，且坡度、高度均为固定值，调节费时费力，通常不能通过桌子完成自动调节，需要使用者手动调节，不适用人们日常的工作学习环境。为了适应大众在日常工作学习中的不同需求，让调节更准确、省事，决定制作基于C++源码编程的AI智能自动化桌子，让学习桌不仅能够根据使用需求自动调节坡度和高度，还可以通过手机远程控制。

C++；AI智能；自动化学习桌；远程控制

通过调查发现，虽然工作时使用的电脑桌比较大，但显示器占了60%的区域，人们希望办公桌可以安放显示器，但又不占用过多的桌面空间。通过研究调查发现，可以制作一款通过手机远程控制操控高度，以满足对不同身高的人对桌子高度的需求，并可以自动控制桌面的坡度和安放显示器的学习桌。

1 调查与分析

为了能更好地设计并制作一款全系的学习桌，需要进行相应的调查与研究，并制订研究方案和调研计划来保证工作的高效率与准确性。分别采用网络调研法和问卷调查法来明确学习桌的功能和实际需求，这样既能满足人们的需求，也能让调查更有统计意义，便于对学习桌进行设计与制作。

2 网络调研

2.1 360网站搜索

搜索的关键词为：课桌、可调的课桌、可调高度的课桌。搜索结果：没有可以自动调节高度以及坡度的桌子。

结果分析：通过在360搜索得到以上结论，经过分析和查看，现有的课桌基本上都是采用机械方式，即拆卸螺丝，重新对眼，过程比较复杂且不易操作，不符合笔者对课桌的要求。

2.2 国家知识产权局

关键词：可调课桌。

搜索结果：没有可以自动调节高度以及坡度的桌子。

结果分析：在国家知识产权局网站中，可以查询出与多功能课桌相关的专利和文献，但是这些功能均是手动调高低、坡度，并非自动调节高低、坡度，由此得出在课桌功能方面缺少自动化，在国家知识产权局网站中没有自动化桌子的相关专利，从而证明做自动化桌子的可行性。

2.3 淘宝网

关键词：可调高低的自动化桌子。

搜索结果：没有可以自动调节高度并且可以自动调节坡度的桌子。

结果分析：目前淘宝网站上有卖自动升降桌子，同时，其可以通过遥控控制桌面的高度，但这个自动升降桌普遍又大又重，不适合作为学习桌使用，而且没有自动调坡度的功能也不能装显示器，不符合调查结果的需求。

2.4 网络调研结论

通过网络调研可以得出结论，目前不存在一款能通过手机远程控制、自动操控桌子的高度、自动控制桌面的坡度和安放显示器的学习桌，以满足对不同身高的人对桌子高度的需求。

3 问卷调查及分析

为了使调查结果更具有准确性，分别在学校、商场、写字楼、社区对不同的人群进行问卷调查。一共发放1 500份调查问卷，有效调查问卷1 485份，无效调查问卷15份，文件有效率到达99%，具备统计意义。以下为有效数据结果。

3.1 关于桌子用途

37%的人为工作，41%的人为写作业，22%的人为绘画。

3.2 关于调高度和坡度必要性

在1 485份有效问卷中，100%的受调查者认为办公桌/学习桌可以自动调节高度和自动调节坡度是有必要的，有30%的受调查者认为调桌子的高度能符合身高的增长需要，有21%的受调查者认为调桌子的高度能有效避免驼背，有22%的受调查者认为调桌子的坡度利于绘画等需要坡度的工作，有27%的受调查者认为调桌子的坡度和高度能适应更多不同身高人的需求，有0%的受调查者认为调桌子的坡度和高度没有必要性。

3.3 调查结果分析

关于能调高低：82%的人的桌子不能调高低，18%的人的桌子能调高低。

关于如何调高低：22%是自动调节，78%是手动调节。

关于能否调坡度：94%为不能调坡度，6%为调坡度。

关于如何调坡度：100%为手动调节桌面，0%为自动调节桌面。

关于使用电脑频率：经常使用的占52%，偶尔使用的占26%，很少使用的占8%，从不使用的占14%。

关于增加功能：选带着电脑设备、方便使用电脑的有18%；选可代替家长提示孩子护眼的有12%；选带有自动控制装置的有15%；选能够调节高低坡度的有38%；选能够符合人体工程学的有17%。

4 数据分析

单变量回归分析：①使用桌子工作的人对于桌子是否可以调节高度没有显著关系，分析得出该人群以成年人为主，身高已经不再改变；②使用桌子工作的人对于桌子是否可以调节坡度存在显著关系，分析得出该人群以使用桌子的方式时常发生变化，对桌子是否可以调节坡度存在显著关系； ③使用桌子写作业的人对于桌子是否可以调节高度存在显著关系，分析得出该人群以未成年人为主，身高增长迅速；④使用桌子写作业的人对于桌子是否可以调节坡度没有显著关系，分析得出该人群以未成年人为主，对桌子用途主要以写作业为主，使用方式单一；⑤使用桌子绘画的人对于桌子是否可以调节高度存在显著关系，分析得出该人群年龄不定，对桌子的高度要求不同；⑥使用桌子绘画的人对于桌子是否可以调节坡度存在显著关系，分析得出该人群对桌子的主要用途因画法不同而随之变化，对桌子的使用角度要求不同；⑦所有调查对象对桌子的高度以及坡度调节全部期望以自动调节的方式进行，通过检验存在特别显著关系；⑧使用桌子工作以及使用桌子用于写作业的人群对与桌子自动化和人体工程方向优化意愿，存在特别显著关系。

5 调研结论

通过对网络调研和问卷调查数据的统计和分析得出，现在不存在大众期望的自动学习桌，但是人们普遍需要使用一款通过手机远程控制，自动操控桌子高度，以满足对不同身高的人对桌子高度的需求，并且可以自动控制桌面的坡度和安放显示器的学习桌。

6 设计

6.1 设计思路

根据调查和实地测量得出，桌面坡度在0～80°范围具有使用价值，桌面高度在70～110 cm范围内具有使用价值。建立设计标准满足“三三原则”，即结构设计原则和结构功能原则。

其中，结构设计原则包括结构最简化（结构质量最轻化、结构载荷最大化），结构功能原则包括安全性（结构安全、使用安全）、适用性（易使用、易维护、经济性）、耐疲劳性。根据测量结果、功能要求及材料尺寸开始进行手绘设计图和创意，完成自动化桌子的概念设计。

6.2 概念设计

设计标准：①智能自动化桌子设计合理，可满足使用需求；②智能自动化桌子不会增加桌子使用的额外不便利； ③智能自动化桌子符合桌子应用标准；④具有改变桌面高度和坡度的可行性和经济性。

工作原理：根据电机驱动输出带动螺杆使之自传的原理，反向应用固定螺杆，使电机上下移动达到改变桌面高度的目的。根据电机驱动输出轴旋转的原理，将桌面与输出轴固定使之同步旋转。

6.3 具体设计

基于C++源码编程的AI智能自动化桌子物理结构主要由桌面、旋转装置、桌面托架、升降臂、桌腿和电子控制6部分组成，如图1所示。

图1 示意图

6.3.1 桌面设计

为了减轻桌面重量，达到减少电机负担的目的，同时保证桌面强度及平整，不采用市场现有桌面材料，优化了桌面结构设计。采用内卯榫框架，局部加强，外蒙皮整形的结构方式。在表面增加树脂涂层提升桌面耐久度和美观性。

6.3.2 旋转装置

旋转装置需同时连接桌面和电机两处，要求旋转装置整体强度较大，且材料本身密度低，不增加桌面负担，保证桌面稳定旋转。优先采用3D打印的加工方式，缩短成型周期。

6.3.3 桌面托架

桌面托架采用“H”形双箱体结构，所有截面均为“回”形，双层结构，增大结构抗扭和结构受压能力。两侧通过横梁连接，简洁大气，且提供走线位置，保证电路安全。最外层设置玻璃纤维层，将结构强度增大数倍。

6.3.4 升降臂

升降臂结构分为两部分：电机连接架、支撑臂。因电机无托架，电机连接架起到两种作用，即支撑电机、连接支撑臂。电机连接架外观尺寸匹配步进电机，延伸两处预留支撑臂安装孔，采用3D打印技术，构建模型并打印安装。

升降臂安装在电机连接架和桌面托架两处，达到伴随电机上下移动、调节桌面高度的效果。

6.3.5 桌腿结构

桌腿结构采用“T”形半封闭结构，中心位置固定电机螺杆，提供步进电机行程轨道。因螺杆安装在桌腿中，所以当接收到调整高度的指令时，步进电机转会伴随螺杆的转动上下平行移动达到调节桌子高度的效果。

6.3.6 电子控制

电子控制部分以核心控制板为主，下控4组电机驱动器和步进电机，以Wi-Fi无线模块作为指令传输部分。所有驱动器独立供电避免相互干扰。线路安装位置保证所有线路绝缘不与人体接触。

7 验证及结果

通电后，通过实际使用对自动化桌子进行试车，通过手机遥控可以自动操控控制桌面的正扬角（0～80°）。可以自动操控桌子的垂直行程，以满足对不同身高的人对桌子高度的需求。

通过实验达成设计目标，设计成功。

指导教师：李瀛宇。

TS664.01

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.053

2095－6835（2020）02－0132－02

〔编辑：张思楠〕