智能家居中控的结构设计及工艺优化

黄志斌，王琦凡，罗宏洲，李梅海

（深圳市中易腾达科技股份有限公司，广东深圳 518100）

0 引言

家居智能化是智能生活的大趋势，智能空调、智能灯、智能窗帘、智能扫地机、智能电视、智能马桶等等智能设备逐渐进入普通家庭，而这些智能家电品种和功能复杂，需要一个智能管家去管理和控制，这就是智能家居中控，让用户能够通过简单的命令统一控制所有的设备，也能单独唤醒某一个设备，进行语音或远程控制，或者对家中的设备实现互联互通，可以说，智能家居中控，就是这些智能设备的大脑，其作用特别重要。

现在市场上的中控产品存在使用不方便、不够美观、价格高等问题。由于该产品属于高新技术产品，其研发起步不久，技术还处于发展之中。本文以实际开发经验为基础，结合用户使用中存在的问题和痛点，分析对比现有产品的特点，运用分析软件，探索智能家居中控在开发中的一些注意点和创新点，为从事该相关产品和行业的人员提供开发参考和创意思考点，共同提高智能家居产品的设计技术水平和产品的品质水平。

本文从智能家居中控的结构方案的创新及工艺的优化两方面出发，既考虑到产品设计的环节，也考虑到产品批量制造的环节，实现了产品由概念到实际投产上市，实用性强，对高端智能产品的研发制造有较高的参考作用。

1 智能家居中控的结构方案

为了使中控能无缝利用现有家居的电路，一般可以在最常用的86 盒的底壳上面开发智能家居中控［1］，不需要另外铺设电路和开墙孔。区别于普通86 盒中控开关等固定式结构，本智能家居中控结构可分为电源部分和主控部分两大部分，具体如图1 所示，电源部分主要提供电源与信号连接；主控部分包括主控板组件以及各种人、机器与环境交互的元器件。本智能中控的结构从3 方面论述。

图1 中控结构示意图

1.1 电源部分与主控部分的组合

传统开关中控是电源部分安装在86 盒底盒后，主控部分通过上下卡扣，扣合在电源部分，电源和控制信息通过插针连接，如图2（a）所示。这样的结构，限制了主控部分的使用位置，用户每次使用时都要走近安装位置，非常不便利。而智能中控需要可移动性，这就要求主控部分可方便拆取和安装。

现市面上有一种中控结构，通过上面滑块和下面卡扣的方式安装主控部分，需要取下主控部分时，手动拨动滑块，拆出主控部分［2］，如图2（b）所示。但这种结构存在如下问题：（1）滑块结构比较弱，容易疲劳和损坏［3］，而且滑块尺寸较小，拆卸不方便；（2）主控部分外观有卡扣，不够美观；（3）插针不适合多次装拆，容易损坏，而且在拆除主控部分后，插针较尖锐，存在伤人的隐患。

图2 主控部分与电源部分安装示意图

本文针对现在智能中控的使用情况和研发经验，结合相关产品的标准要求［4］，提出主控部分可与电源部分采用如图2（c）所示的磁吸式组合，主控部分和电源部分相对的一侧均安装有磁铁陈列，位置相互成南北极对应。当主控部分靠近电源部分时，即可通过磁力吸附在一起，并可通过磁铁陈列自动对位，不用用户像对卡扣和滑块那样仔细对位才能安装。用户需要取下主控部分时，轻轻一掰即可取下。电源部分设置有定位凸台，当主控部分与电源部分吸合后，主控部分就不会因为重力而掉下来。

同时将插针连接的方式升级为POGOPIN 连接的方式，由于POGOPIN是一种弹簧顶针形式，能经受多次拆装连接而不损坏［5］，适合多次装拆的结构。同时POGOPIN受力会内缩，相对插针，用在挂墙产品上不会对用户产生伤害，比较安全。

1.2 主控部分的放置结构

现在一般主控部分取出后，只能拿在手上，或者平放在桌子上，不利于用户的使用，用户要单独放置主控组件并浏览其内容时，需要另外找一个放置架子，而如果需要一边充电一边使用时，就更加麻烦。

图3 主控部分放置结构示意图

本文针对上面的问题，对中控进行了优化，如图3所示，在主控部分背面设计一个可转动支架，支架可绕在主控下部的转轴转动，并通过转轴的阻尼力，实现主控部分多角度放置，方便用户使用，同时解放了用户的双手。同时参考手机等产品的无线充电方式［6］，直接使用主控部分的磁铁阵列与磁吸充电部吸合，电源线从下部或侧边出线（图3），即可实现中控屏边充边用，方便人机交互［7］。

当需要将主控部分安装到电源部分时，可将转动支架通过转轴收起来，藏进主控部分内部，这样就不影响安装在墙壁时的使用，也保证了产品的美观性［8］。

1.3 电源部分的安装结构

现在一些电源部分的安装受到家居装修时86 盒墙体凹槽开得不规则的影响，或者是贴墙纸，墙面上漆的影响，电源部分有时会安装不到位，出现松动情况，有时又会安装的太进去凹槽内部，导致主控部分扣合或吸合不到位，容易掉下来的情况。

在用户安装的现场客观情况不可调整的情况下，从产品上分析，可发现安装孔普遍是和主控部分后支架做成完全一体，如图4 所示，当用安装螺钉通过安装孔安装时，螺钉打得太浅则容易松动，螺钉打得太深时，后支架会随安装孔一起嵌入墙体凹槽。

针对这个问题，可对安装孔结构实现优化，在安装孔一侧切出一个C 形工艺槽，该槽切穿所在的塑料壁，这样安装孔靠近工艺槽一侧，就会形成一个安装孔耳，该结构在打螺钉时，由于安装孔只有一部分连接在后支架上，就会出现安装孔耳由于锁螺钉的力而产生变形，孔耳位置往下凹，但是后支架并不会整体过度嵌入墙体凹槽，这样就利用了变形的弹力调整了电源部分能够刚好安装到合适位置，保证了松紧度的同时也能让主控部件能够有效吸附安装，也能方便地拿取。左右两个安装孔需做同样的结构优化。

图4 电源部分的安装结构示意图

2 智能家居中控的工艺优化

产品外壳主要由塑胶零部件组成，需要考虑塑胶零部件的注塑加工工艺与模具工艺，这会影响到产品的外观质量，包括间隙、台阶等等，决定产品是否是一个高端的产品，也会影响到产品的成本，决定产品的利润。

2.1 考虑塑料注塑的入胶口位置选择

塑胶产品为了保证外观美观，考虑模具的模腔布局和控制成本，有时入胶口必须放在塑胶零件的一侧，这样会出现塑胶产品在注塑时，靠近入胶口端，由于注塑压力较大，注塑出来的塑料产品的尺寸会偏大；远离入胶口端，注塑压力较小，塑料产品的尺寸会偏小。该规律已经过实际到工厂跟进相关产品注塑，得以验证，也得到相关研究人员的论证［9］。

入胶口位置选择对比如图5 所示。零件A 和零件B是相互配合的零件，安装后在阴影区会产生间隙。如果零件A是在上端注塑入胶，其会形成上大下小的倒梯形的外形（图示为了说明，上下端相差较大，实际产品不会有这样明显差别），而如果零件B 是在下端入胶，则会形成上小下大的正梯形的外形。当零件B安装进去零件A时，就会产生如图阴影间隙上大下小的间隙不均匀的情况。而表1 的水口同侧图，零件A′和零件B′的入胶口都在上端同一侧，产品都是呈上大下小的倒梯形外形，这样，形成的阴影的间隙的宽度就均匀。

图5 入胶口位置选择对比

按此要点安排产品零件后支架和盖板的入胶口，发现如上规律，若入胶口分别设置在上下两端，则两者左右间隙不均匀，外观较差；若入胶口均设置在一侧，如图5 中实例图，则间隙均匀，并可以控制在0.1 mm 以内，产品相对美观，符合产品外观要求，产品的档次得以提高。

2.2 考虑塑料壁厚的过渡

由于智能中控的功能较多，其主控部分的塑料件的侧壁需要开各种槽，如图6 所示，圈出位置是安装麦克风矩阵的槽孔，这样就会造成开槽的地方壁厚比较薄，根据塑料件注塑工艺，在料厚薄不均匀的地方往往会有缩水产生，会严重影响产品外观。可以使用塑料注塑模流仿真分析软件例如Moldflow 对产品的缩水痕迹的位置和缩水程度分析［10］，图中左边是主控部分塑料件的三维图，中间色带是收缩参考色带，右侧是产品收缩颜色显示图，圈出位置是侧壁安装麦克风矩阵的位置，图的上方的设计方案是优化前的方案，通过色图与参考色带的对比，可以看出其缩痕会超过0.043 mm，在其表面（即槽的背面，产品的外观侧面圈出的位置）有明显的缩水不良现象。这是因为注塑后塑料件都会因为冷却而产生收缩，在厚度不同的位置，收缩的程度不同而产生了明显缩水内凹的现象。

为了减少或消除缩水不良现象，对此凹槽的各种设计处理方式进行尝试和模流仿真分析软件分析验证，解决方法是，对凹槽凹进去的侧面调整为大斜面，使产品的厚度逐渐变小。调整后再使用模流仿真分析软件分析，其产品槽位背面缩痕减少为0.015 mm左右，非常轻微。再经过具体产品上机进行最终的注塑验证，实际产品的缩水痕在优化后几乎看不出来。在采用仿真分析寻找方案，以及实际产品验证后，产品的外观得到了很好的保证。

图6 壁厚的过渡设计对比示意图

2.3 产品零件的互换性与成本的控制

高端智能中控采用POGOPIN 进行电源与信号连接，对于不同信号交互的需求，POGOPIN 的数量从2 个到多个不等，POGOPIN价格较贵，批量生产就需尽量控制数量，这就需要在盖板上开不同数量的POGOPIN孔。对于一般模具，每一个不同孔的盖板就需要开一套模具，这样产品制造成本就会明显增加。

有鉴于此，结合现有注塑模具技术［11］，本产品盖板零件设计成不同的POGOPIN 孔数量，模具则采用图7 所示方案，盖板的模具主要部分由型芯和型腔构成，其合模注塑后即可注塑出盖板零件，该方案将盖板的模具型芯拆分出一个型芯镶件，当注塑两孔盖板时，采用型芯镶件1；当注塑四孔盖板时，则把型芯镶件1 从模具型芯卸下，安装型芯镶件2，而模具型腔等模具部件则可以通用。这样既可满足产品零件的互换，也极大节约了模具成本［12］。

图7 零件的互换性模具生产示意图

3 结束语

本文通过对比电源部分与主控部分的组合，提出了智能中控更便利地在墙壁上安装与拿取的自动磁吸的结构方案，摆脱了使用空间的限制。通过对智能中控移动使用的需求分析，提出了可调整角度摆放和充电的结构方案，提高了使用便利性。并通过分析实际安装的痛点，提出了弹性安装耳的C形孔耳安装方案。进一步地，通过对智能中控结构的塑胶件的入胶口优化布局，控制了产品的间隙，同时通过仿真分析工具对产品的壁厚等优化，有效提高了产品的美观性。也从模具的角度出发，从产品零件的互换性考虑，降低产品的生产成本，有利于产品的进一步推广。

本文所开发的产品已经批量生产和上市，所提出的方案均得到实际生产和市场的验证。为智能家居产品的高端化、实用化、美观化等提出了切合实际的方案，是智能产品特别是智能家居中控的结构创新和工艺优化的非常有益的探讨。