一種智能雨傘的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能雨傘，還包括風速風向傳感器，控制器和傘柄旋轉執(zhí)行機構，所述的風速風向傳感器設置在傘面的頂部，所述的傘柄旋轉執(zhí)行機構設置在傘柄的上將傘柄分為上部傘柄和下部傘柄，所述的控制器設置在傘柄旋轉執(zhí)行機構的上方，所述的傘柄旋轉執(zhí)行機構控制上部傘柄自動旋轉一個角度，使得上部傘柄和雨落下方向同向，從而傘面就和雨下降方向呈垂直角度。通過上述，本發(fā)明能夠在惡劣的下雨天，特別是刮風天氣，利用風速風向傳感器實時獲取風速和風向，然后計算出雨的下落方向，并根據(jù)該方向控制傘柄旋轉，讓雨傘能根據(jù)雨的降落方向自動調(diào)節(jié)傘柄和傘面的方向，使得傘面對準雨滴下落方向，更好地為用戶遮雨。
【專利說明】
一種智能雨傘
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及雨傘制造行業(yè)的技術領域，尤其是提供一種智能雨傘。
【背景技術】
[0002] 雨傘是一種遮蔽雨雪的工具，在下雨或下雪天氣中撐在人的頭頂部位，防止人被 雨或雪淋濕。在中國傘是公元前1000年由魯班的妻子發(fā)明的，在英國18世紀才開始使用雨 傘。千百年來，雨傘的設計和制造在不斷進步，從雨傘的結構設計來說，包括直桿傘，兩折疊 傘，三折疊傘，手開傘，自動傘等;從材料的選擇包括塑料傘、油紙傘、布傘、尼龍傘等;從外 觀設計上包括的種類就更多了。目前為止，雨傘的發(fā)展還是沿著傳統(tǒng)的方向在進步，其目的 就是改善雨傘使用的方便性、多用途性以及外觀上的吸引性。
[0003] 在雨傘使用時，由于傘的遮雨面積的限制，撐傘的人常常需要根據(jù)下雨的狀況調(diào) 整手中雨傘方向和位置，以避免被雨淋濕，特別是雨傘面積比較小以及有風的情況更是如 此。在又下雨又刮風的天氣時，雨常常不會從天上垂直落到地下，而是會斜著落到地面上， 故稱為飄風雨，在該情況下，雨隨著風向的變化而實時變化，風從東向西刮，雨也會從東向 西飄落，同時雨也隨著風力的變化發(fā)生飄落方向上的改變，在微風狀態(tài)下，雨只是稍稍從垂 直方向偏移，在大風狀態(tài)下，雨會被風刮地偏向垂直方向更多。
[0004]通常在飄風雨情況下，即使人撐傘，雨也可能落到人的身體上，因為傘不能完全遮 住從側面飄來的雨，所以撐傘的人可能會被雨淋到，特別是腦袋以下的身體部分，此時自然 的反應就是稍稍將傘傾斜一個角度，希望傘的正中央正對雨下落的方向，使自己不被雨淋 到。但是往往這個手動的調(diào)節(jié)也不能完全遮住雨落到人的身體上，一個原因是可能人在傘 下時對飄雨的方向不能做出正確判斷，甚至做出相反方向的判斷，從而導致將傘偏向相反 方向，被雨淋到的情況，另一個原因是即使對飄雨方向做出了正確判斷，實際撐傘的偏移方 向不能與飄雨方向達到完全一致，導致不能完全遮擋住飄風雨的情形。而且，風不僅能改變 雨的方向，也會吹動傘的方向，導致雨的飄落方向和傘的偏離方向一致，在雨和風都比較激 烈的情況下有可能出現(xiàn)雨傘被吹到不能遮擋到人身體的位置。
[0005] 所以如果在雨傘中有一種自動根據(jù)雨的方向調(diào)節(jié)雨傘傘面方向和位置的裝置的 話，那么雨傘能更多地避免人被飄風雨淋到。
[0006] 最近幾年全世界范圍都在進入智能化世界，許多生活工作中的工具都有智能化的 需求，希望給用戶帶來更好的體驗和便利性。但目前對雨傘的智能化武裝還相對較慢。本發(fā) 明就是提出一種智能化的雨傘系統(tǒng)，使得這種產(chǎn)生千百年的生活必需品能給人帶來更好的 遮雨效果，特別是對于惡劣的下雨天。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種智能雨傘，能夠在惡劣的下雨天，特別是 刮風天氣，利用風速風向傳感器實時獲取風速和風向，然后計算出雨的下落方向，并根據(jù)該 方向控制傘柄旋轉，讓雨傘能根據(jù)雨的降落方向自動調(diào)節(jié)傘柄和傘面的方向，使得傘面對 準雨滴下落方向，更好地為用戶遮雨。
[0008] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是:提供了一種智能雨傘，包括 傘面、傘骨架和傘柄，所述的傘面通過傘骨架設置在傘柄上端，還包括風速風向傳感器，控 制器和傘柄旋轉執(zhí)行機構，所述的風速風向傳感器設置在傘面的頂部，所述的傘柄旋轉執(zhí) 行機構設置在傘柄的上將傘柄分為上部傘柄和下部傘柄，所述的控制器設置在傘柄旋轉執(zhí) 行機構的上方，所述的傘柄旋轉執(zhí)行機構控制上部傘柄自動旋轉一個角度，使得上部傘柄 和雨落下方向同向，從而傘面就和雨下降方向呈垂直角度。
[0009] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的上部傘柄的長度小于下部傘柄的長度。
[0010] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的風速風向傳感器包括但不限于超聲波渦旋式 風速傳感器、螺旋槳風速傳感器、熱線式風速傳感器和熱膜式風速傳感器。
[0011] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的智能雨傘還包括雨速檔位選擇裝置和信號 線，所述的雨速檔位選擇裝置設置在下部傘柄上，所述的風速風向傳感器，控制器、傘柄旋 轉執(zhí)行機構和雨速檔位選擇裝置通過信號線相連接。
[0012] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的智能雨傘能根據(jù)當前風速來確定下雨天飄風 雨的下落方向，并確定雨傘偏移遮擋飄風雨的方向和角度。
[0013] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的智能雨傘能根據(jù)飄風雨的大小和方向進行傘 面方向調(diào)整的機制。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的智能雨傘，能夠在惡劣的下雨天，特別是刮風天 氣，利用風速風向傳感器實時獲取風速和風向，然后計算出雨的下落方向，并根據(jù)該方向控 制傘柄旋轉，讓雨傘能根據(jù)雨的降落方向自動調(diào)節(jié)傘柄和傘面的方向，使得傘面對準雨滴 下落方向，更好地為用戶遮雨。
【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于 本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它 的附圖，其中： 圖1是本發(fā)明智能雨傘的一較佳實施例的結構示意圖； 圖2是智能雨傘的使用方式和遮雨效果圖； 圖3是智能雨傘控制系統(tǒng)的系統(tǒng)圖； 圖4是三維空間中落雨方向的角度示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范 圍。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明實施例包括： 一種智能雨傘，包括傘面1、傘骨架2和傘柄3,所述的傘面1通過傘骨架2設置在傘柄3上 端，還包括風速風向傳感器4，控制器5和傘柄旋轉執(zhí)行機構6，所述的風速風向傳感器4設置 在傘面1的頂部，所述的傘柄旋轉執(zhí)行機構6設置在傘柄3的上將傘柄3分為上部傘柄31和下 部傘柄32,所述的控制器5設置在傘柄旋轉執(zhí)行機構6的上方，所述的傘柄旋轉執(zhí)行機構6控 制上部傘柄31自動旋轉一個角度，使得上部傘柄31和雨落下方向同向，從而傘面1就和雨下 降方向呈垂直角度。其中，所述的上部傘柄31的長度小于下部傘柄32的長度。
[0018] 上述中，所述的風速風向傳感器包括但不限于超聲波渦旋式風速傳感器、螺旋槳 風速傳感器、熱線式風速傳感器和熱膜式風速傳感器。
[0019] 進一步的，所述的智能雨傘還包括雨速檔位選擇裝置7和信號線8,所述的雨速檔 位選擇裝置7設置在下部傘柄32上，所述的風速風向傳感器4,控制器5、傘柄旋轉執(zhí)行機構6 和雨速檔位選擇裝置7通過信號線8相連接。
[0020] 具體的，風速風向傳感器4位于傘的最上面，在傘面1外部，這樣能更加準確地測到 風速和風向，控制器5和傘柄旋轉執(zhí)行機構6位于傘柄3中間位置，它們可以是合為一體的， 也可以是分開植入傘柄3中的部件，風速風向傳感器4和控制器5之間通過信號線8進行通 信，信號線8位于傘柄3內(nèi)部。另外，前面所描述:雨速的三個等級需要根據(jù)雨傘使用者對降 雨強度的主觀判斷進行調(diào)整，那然后這個判斷信息傳遞到控制器5,讓控制器5來計算角度9 ，故可以在傘的下方傘柄3處設置一個具有三個檔位選擇的按鈕(雨速檔位選擇裝置7)，例 如"高"表示暴雨，"中"表示中雨，"低"表示小雨，讓用戶進行選擇操作。根據(jù)用戶檔位的選 擇，控制器5就能根據(jù)相應預設的雨速來計算傘柄旋轉角度了。而且用戶可以根據(jù)雨的大小 隨時進行檔位更換，來控制雨傘偏移角度的變化。當兩個方向變量I和f都獲取到以后，就可 以通過傘柄旋轉執(zhí)行機構6來操作上部傘柄31旋轉了。這里的傘柄旋轉執(zhí)行機構6可以采用 最常規(guī)的角度位移控制設備，來控制萬向節(jié)等旋轉設備，帶動上部傘柄31方向的旋轉。
[0021] 本發(fā)明中，所述的智能雨傘能根據(jù)當前風速來確定下雨天飄風雨的下落方向，并 確定為了遮擋飄風雨，雨傘需要偏移的方向和角度，并根據(jù)飄風雨的大小和方向進行傘面 方向調(diào)整的機制。其主要思路是雨傘能根據(jù)飄風雨的方向自動調(diào)節(jié)傘柄和傘面的方向，使 其對準飄風雨落下的方向，盡量減少撐傘人被雨淋到的機會，更好地達到遮擋雨的功能，這 樣一種智能型雨傘發(fā)明了基于風速風向傳感器和萬向控制器的智能雨傘控制系統(tǒng)。
[0022] 首先需要了解到，飄風雨的形成是與風向和風速有直接關系的，風往北吹，雨就向 北飄，風向東南方向吹，雨也就向東南方向飄，而且風越大，雨下落傾斜的角度就偏離垂直 方向越大。那么在風速和飄風雨的傾斜角度之間有一個關系，要使雨傘能遮擋住飄風雨，那 么撐傘的傾斜角度(或傘柄的傾斜角度)就要與雨的偏離角度保持一致，所以風速和傘柄的 傾斜角度之間就存在同樣的關系。以下的描述就是要通過風速風向來獲得飄風雨的傾斜角 度，從而利用這個角度驅動傘柄自動傾斜，使得傘面正對雨下落的方向，即雨的下落方向與 傘柄保持同樣的方向。
[0023] 雨傘通常是由傘面、傘骨架、傘柄、傘把和展開裝置構成的，其中展開裝置包括手 動和自動兩種形式。傘面由布、塑料或尼龍等材料制成，其形狀包括三角形，圓弧面形等，但 傘面最下部形成的平面與傘柄一般呈垂直關系。本發(fā)明所設計的傘柄旋轉執(zhí)行機構6安置 在傘柄3上，該傘柄旋轉執(zhí)行機構6將傘柄3分為上下兩部分，那么傘柄旋轉執(zhí)行機構6以上 的部分包括上部傘柄31，傘面1和傘骨架2,傘柄旋轉執(zhí)行機構6根據(jù)風的方向和速度來控制 雨傘上半部分自動旋轉一個角度，這個角度就是雨落下的方向，使得上半部分傘柄和雨落 下方向同向，從而傘面就和雨下降方向呈垂直角度，達到遮擋飄風雨的功能，其功能實現(xiàn)方 式如圖2所示。
[0024]在該智能雨傘中，控制系統(tǒng)是其核心部分，其系統(tǒng)圖如圖3所示，該控制系統(tǒng)采用 簡單的開環(huán)控制就完全足夠了。
[0025]該系統(tǒng)圖包含風速風向傳感器4,控制器5和傘柄旋轉執(zhí)行機構6三個部分，箭頭表 示輸入輸出變量，輸入輸出可能包含多個變量，也可能只包含一個變量，故用粗箭頭表示。 整個系統(tǒng)的輸入為氣壓或者風力，這依賴于所采用的風速風向傳感器4類型，目前風力風向 傳感器包括超聲波渦旋式風速傳感器，螺旋槳風速傳感器、熱線式風速傳感器和熱膜式風 速傳感器等，這些傳感器是通過測量超聲波時差，氣壓差，熱量轉移等數(shù)據(jù)來測量風速和風 向的，它們的輸入量可能不盡相同，但都會輸出風向和風速兩個變量，本發(fā)明不限制風速風 力傳感器的選擇和使用。
[0026] 當獲取到風速和風向變量以后，下一步就要通過控制器將其變?yōu)榉较蛐畔?，以?制雨傘的傘柄和傘面方向的調(diào)節(jié)，這一步是利用控制器的算法來完成的，利用風速風向信 息計算角度方位信息是本專利的一個重要步驟。在無風的下雨天，雨水垂直落到地面，通常 雨從大約2000米的高空落下，下落過程中受到重力和空氣阻力的聯(lián)合受力，從加速度下降 變?yōu)閯蛩傧陆?，所以雨滴最終落到地面時是勻速降落，降落的速度與雨滴體積大小有關，也 就與降雨強度有關，毛毛小雨的雨滴體積很小，所以降落速度慢，而陣雨的雨滴體積較大， 下降速度就比較快，暴雨是類似傾盆大雨，雨滴也相應具有更大的體積，所以下降速度也是 最快的。雨最終落地的速度通常被稱為雨滴下落的收尾速度，已經(jīng)有相關的物理理論對這 一問題進行了描述[1，2]，通過經(jīng)驗分析，雨滴下落的收尾速度，根據(jù)雨的大小不同，大致在 4m/ s-10m/s范圍內(nèi)。以上這個雨滴下落速度是在無風狀況下的垂直下落速度。
[0027] 而在有風的情況下，風力會給雨滴一個水平方向的速度，那么雨水落地的速度即 為垂直速度與水平速度的合速度，雨滴下落的方向也由兩個方向的速度共同決定。假設水 平方向的風速為vl，雨水垂直下落的速度為v2,那么最終雨水的合成速度衫和偏離垂直方向 的角度i分別為：
角度P就是通過本發(fā)明的智能雨傘系統(tǒng)需要自動調(diào)節(jié)雨傘的方向之一，也即傘柄上半 部分的偏離垂直方向的角度。在計算這個角度的過程中，需要知道vdPv2兩個速度，水平方 向的風速VI可以通過風速風向傳感器來獲取，而垂直方向的雨速V 2是不那么容易獲取到的， 特別是雨本身就是非垂直方向的飄風雨，那是很難精確計算到垂直方向的雨速的。
[0028] 對于本發(fā)明，可以根據(jù)下雨的劇烈程度，對垂直方向的雨速進行估計，用三個等級 來進行表示，4m/s代表小雨時的雨速，7m/s代表中雨時的雨速，10m/s代表大雨時的雨速，用 這些雨速來與當前風速進行合成，獲取雨傘需要偏離的角度在一個x、y、z軸組成的坐標 軸中（圖4)，偏離角度S是雨下降過程中與z軸的夾角，而傘柄上的自動執(zhí)行機構要調(diào)節(jié)傘柄 的偏移方向，還需要知道傘柄在x-y平面上向哪個方向偏離S角度，所以還要獲取飄風雨在 水平上的方向，而這個方向正好就是風的方向，在χ-y平面上用|來表示風向與X軸之間的夾 角。
[0029] 綜上所述，利用來自風速風向傳感器的信息，和雨傘用戶主觀推測出的雨速，就能 夠獲取到關于雨下落方向的兩個方向變量#和|，然后控制器根據(jù)這兩個變量來對傘柄的旋 轉方向進行操作。
[0030] 將傳統(tǒng)的雨傘進行智能化的優(yōu)化，使這一普通的生活必須的工具能在下雨天為用 戶帶來更好的遮蔽雨雪的效果。該發(fā)明的智能雨傘能自動根據(jù)飄風雨的下降方向來調(diào)節(jié)雨 傘傘面的方向，克服了傳統(tǒng)雨傘在飄風雨狀況下不能完全遮擋雨的缺點。
[0031] 綜上所述，本發(fā)明的智能雨傘，能夠在惡劣的下雨天，特別是刮風天氣，利用風速 風向傳感器實時獲取風速和風向，然后計算出雨的下落方向，并根據(jù)該方向控制傘柄旋轉， 讓雨傘能根據(jù)雨的降落方向自動調(diào)節(jié)傘柄和傘面的方向，使得傘面對準雨滴下落方向，更 好地為用戶遮雨。
[0032] 以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領 域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1. 一種智能雨傘，包括傘面、傘骨架和傘柄，所述的傘面通過傘骨架設置在傘柄上端， 其特征在于，還包括風速風向傳感器，控制器和傘柄旋轉執(zhí)行機構，所述的風速風向傳感器 設置在傘面的頂部，所述的傘柄旋轉執(zhí)行機構設置在傘柄的上將傘柄分為上部傘柄和下部 傘柄，所述的控制器設置在傘柄旋轉執(zhí)行機構的上方，所述的傘柄旋轉執(zhí)行機構控制上部 傘柄自動旋轉一個角度，使得上部傘柄和雨落下方向同向，從而傘面就和雨下降方向呈垂 直角度。2. 根據(jù)權利要求1所述的智能雨傘，其特征在于，所述的上部傘柄的長度小于下部傘柄 的長度。3. 根據(jù)權利要求1所述的智能雨傘，其特征在于，所述的風速風向傳感器包括但不限于 超聲波渦旋式風速傳感器、螺旋槳風速傳感器、熱線式風速傳感器和熱膜式風速傳感器。4. 根據(jù)權利要求1所述的智能雨傘，其特征在于，所述的智能雨傘還包括雨速檔位選擇 裝置和信號線，所述的雨速檔位選擇裝置設置在下部傘柄上，所述的風速風向傳感器，控制 器、傘柄旋轉執(zhí)行機構和雨速檔位選擇裝置通過信號線相連接。5. 根據(jù)權利要求1所述的智能雨傘，其特征在于，所述的智能雨傘能根據(jù)當前風速來確 定下雨天飄風雨的下落方向，并確定雨傘偏移遮擋飄風雨的方向和角度。6. 根據(jù)權利要求1所述的智能雨傘，其特征在于，所述的智能雨傘能根據(jù)飄風雨的大小 和方向進行傘面方向調(diào)整的機制。
【文檔編號】A45B17/00GK105901857SQ201610340364
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】李長寧, 吳佳瑤, 朱學莉, 朱樹先
【申請人】蘇州科技學院