中国建设信息化2022年9期

基于语音智能辅助的自动洗澡机设计

王家璇 徐开文 罗钰玮

（沈阳理工大学机械工程学院，辽宁  沈阳  110159）

摘要：在经济的不断发展的前提下，科技也随之快速进步，而科技的进步更应是为了使人们的生活更加方便。随着时代的发展，人们对于生活质量的要求愈发提高，对此我们针对某些特殊人群和独居老人设计了这款可以语音辅助操控的智能自动洗澡机，使得该项目产品更加贴合广大群众的生活实际，使用更加方便简洁。

关键词：语音助手；智能家居；自动洗澡机

基金项目：2022年度大学生创新创业训练计划资助（项目编号：202210144046）

在改革开放的背景下，科学技术飞速发展，我国的居民经济水平不断提高，人们对于生活质量的要求也愈发增长。同时在时代发展的前提下，独居人士也越来越多，独居老人更是占据很大一部分的比重，但是纵使现在的科技已经飞速发展，智能家居的发展却仍然满足不了人们越来越大的需求。其实洗澡机早已出现，早在1970年的日本大阪世博会上，日本三洋公司就展出了一款全自动超声波洗澡机。这款产品外形酷似豆荚，依靠超声波推动液体清洁使用者的身体，而且使用者要沿着梯子爬上去才能使用[1]。对于独居的老人和儿童来说，不仅操作困难，在攀爬过程中还有一定的风险。因此对于语音智能洗澡机这类智能家居的研发就有着广阔的市场和极大的意义。

1 装置结构设计：

1.1相较于日本三洋公司的自动洗澡机的全包围格式，我们将洗澡机的体型缩小，使其专注于使用者所难以触及的背部进行清洁。同时为了将洗澡机可以根据使用者的身高自行调节高度，我们选择将洗澡机固定在竖直墙面上，在确保洗澡机可以触碰使用者背部进行清洁的同时，还可以沿着固定的滑轨滑动进行上下调节。为了确保使用的方便和简洁，还设计相应的语音指令使洗澡机的移动也可以通过语音下达指令调节。

1.2在供液方面，我们设计两条水管来提供洗澡所需液体，一条用来提供沐浴露等洗澡液体，另一条则提供清水用于清洗，两条出水口分居洗澡机两侧，控制两条水管的系统各自独立，设计有相应的语音指令进行调节。

1.3因为人们在使用洗澡机洗澡时会有一个不自觉向后靠的行为。所以我们对于洗澡机清洗装置在使用过程中可能受到的压力进行分析。根据国家卫建委发布的《中国居民营养与慢性病状况报告（2020年）》所显示[2]，我国成年男性的平均身高为169.7cm，平均体重为69.6KG，为计算方便，我们假设使用者为一名身高1.7m，体重70KG的成年男性，并且在使用时的倾斜角度为10°以下，使用时清洁高度距地面1.3m。则根据力矩方程可以得到使用时产生的压力F为

F ≈80.7N  

同时为了使得滚筒转动时人体的舒适程度，同时避免因为人体与毛巾的摩擦力过大导致滚筒停止转动，选取转速为60r/min，功率40—60w的电机。

2 装置控制电路系统设计：

2.1为了方便人们的使用，我们基于ARM公司的STM32系列的32 位微控制器进行对应的语言程序命令的编写，该系列控制器芯片不仅可以在所有元件工作时，只需依靠低能耗就能执行相应的语言命令，而且在待机状态时的电流下降到2μA。

2.2在语音识别方面，经过我们在网上查阅资料和多方比对之后[3]，最终决定采用LD3320作为语音识别芯片。LD3320属于语音控制芯片，最多可以执行系统预设的50条指令。识别距离可达2—5m，识别准确率在95%以上，同时采用24V电机控制丝杠的上下移动，在低能耗状态下的同时极大程度上满足洗澡机的使用条件。

3 装置使用方法及控制原理：

在使用者准备使用洗澡机时，首先需要联通电源，同时通过语音系统控制装置的正常使用；洗澡机启动以后，电机带动滚筒开始转动，同时可以通过语音控制系统调节丝杠的上下移动以确定滚筒的位置；在洗澡机启动以后，位于洗澡机上方的水阀开始启动，此时可以通过语音控制水阀的开启使得相对应的液体喷洒在清洗装置及滚筒之上；在清洗完成以后，可以通过下达“清理”命令使得滚筒与洗澡机底部的挡片接触，通过缓慢转动挤干滚筒毛巾里面的水分，进而完成洗浴。

4 研究未来前景:

自动洗澡机作为一款新型智能家居，，在当今市场上有着不错的前景，但是现在市场上的全自动洗澡机大多体型大，对于大多数老人而言操作复杂，因此不能广泛使用。而我们的装置将洗澡机体型加以缩减并且添加语音系统用以辅助操作，在满足要求的同时极大的方便了日常使用，既方便了日常生活，也顺应了智能家居的现代化潮流，有着较高的实用价值。

参考文献：

[1]日本发明自动洗澡机[J].世界知识,2015(17):76.

[2]刘月姣.《中国居民营养与慢性病状况报告(2020年)》发布[J].中国食物与营养,2020,26(12) . 

[3]刘野,周洪艳,马晟哲,韩潇.基于Arduino的智能洗澡机安全防护控制系统设计[J].南方农机,2020,51(13):95-96.

作者简介：王家璇（2002-），男，汉族，河南省焦作市，本科，研究方向：机械设计制造及其自动化。