陳思佳　牽雅萌

摘要：隨著人們生活水平的提高，自動(dòng)儲(chǔ)物柜在生活中廣泛應(yīng)用。它具有使用操作簡(jiǎn)單、安全可靠、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，服務(wù)于不同市場(chǎng)的廣大群眾。項(xiàng)目借鑒了現(xiàn)在大型物流倉(cāng)儲(chǔ)中心所使用的自動(dòng)化立體庫(kù)的設(shè)計(jì)思路，綜合自動(dòng)存儲(chǔ)、提取等功能，設(shè)計(jì)出可在辦公場(chǎng)所自動(dòng)存放的儲(chǔ)物柜。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)物柜;單片機(jī);機(jī)械臂;步進(jìn)電機(jī)

中圖分類號(hào)：TP211+.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.050

1 緒論

1.1 選題背景及意義

隨著人口的增多，房?jī)r(jià)的增長(zhǎng)，屋內(nèi)空間的充分利用就顯得格外重要。很多地方對(duì)于屋內(nèi)上層空間利用不到位，有時(shí)取物要爬到高處，不僅不方便，而且極其危險(xiǎn)。同時(shí)對(duì)于一些大柜子來說，容易造成暗箱易忘的問題。

目前辦公用的儲(chǔ)物柜常為各種材質(zhì)的普通柜子，為了方便存取，物品高度一般在2.2 m以內(nèi)，這樣室內(nèi)上層空間得不到利用。另外，對(duì)于存放質(zhì)量較大的物體，人工存取也不是十分便利。

我們所設(shè)計(jì)的辦公用自動(dòng)存取儲(chǔ)物柜借鑒了現(xiàn)在大型物流倉(cāng)儲(chǔ)中心所使用的“垂直升降庫(kù)”設(shè)計(jì)思路，綜合自動(dòng)存儲(chǔ)、提取等功能，設(shè)計(jì)了辦公場(chǎng)所自動(dòng)存取功能的儲(chǔ)物柜。該儲(chǔ)物柜縮短了存取物品的時(shí)間，提高了空間利用率和工作效率。

1.2 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

1.2.1 產(chǎn)品功能

可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)物柜中的儲(chǔ)物格利用機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)升降，不但能提高空間利用率，而且存取物品更加安全快捷。同時(shí)，利用電子掃描與觸摸電子屏的記錄和查找功能，能避免暗箱易忘的問題，實(shí)現(xiàn)快速查找，提高工作效率。

1.2.2 存儲(chǔ)柜材料

儲(chǔ)物柜廣泛應(yīng)用于辦公室、政府機(jī)關(guān)、工廠等各類型的小型零件、樣品、模具、工具、電子元器件、文件資料、設(shè)計(jì)圖紙、賬單、目錄、表格等存儲(chǔ)管理，是各種物品的私人管家。我們采用的原料需要具有方便運(yùn)輸、承載能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此，辦公用儲(chǔ)物柜采用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板板材制作。它不像傳統(tǒng)的木柜，易損壞，不耐撞擊，而且容易滋生細(xì)菌，產(chǎn)生異味。

1.2.3 傳動(dòng)方案

本產(chǎn)品利用皮帶、電機(jī)、絲杠等部件的配合，利用步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械臂的升降及平移，將儲(chǔ)物盒從儲(chǔ)物柜中取出或放回儲(chǔ)物柜中。

1.2.4 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)有：①空間利用率高;②操作便捷，適用范圍廣;③利用智能技術(shù)，查找方便，能提高效率;④成本低，能耗小，便于推廣。

2 儲(chǔ)物柜的整體設(shè)計(jì)方案

2.1 功能分析與實(shí)現(xiàn)

2.1.1 功能分析

辦公用自動(dòng)存取柜利用機(jī)械臂存取物品，有效利用了空間，避免了高處物品存取困難的問題。利用電子掃描與觸摸電子屏的記錄和查找功能，達(dá)到省時(shí)的目的，將所需物品快速找到，有利于辦公用品的高效整理與安置。

2.1.2 功能實(shí)現(xiàn)

當(dāng)需存放物品時(shí)，在觸摸屏選擇相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)物盒并點(diǎn)擊確定，機(jī)械臂會(huì)將指定盒子移至適當(dāng)高度，方便存放;當(dāng)需取出物品時(shí)，在觸摸屏中查詢找到相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)物盒并點(diǎn)擊確定，機(jī)械臂會(huì)將儲(chǔ)物盒移至適當(dāng)高度，方便取出。

2.2 儲(chǔ)物柜框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

從資料統(tǒng)計(jì)和實(shí)際的狀況來看，目前自動(dòng)化存取貨物的方式主要有兩種，一種是貨位可移動(dòng)式貨架自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，一種是利用存取車輛或者升降機(jī)完成自動(dòng)存取貨物。我們考慮到該儲(chǔ)物柜運(yùn)用在辦公室內(nèi)，需要較強(qiáng)的靈活性，人的可操作性要強(qiáng)，因此，我們借鑒了“垂直升降庫(kù)”的原理，借助存取貨物手臂，實(shí)現(xiàn)高處貨物的存取。

本儲(chǔ)物柜的基本款式高度為3m，寬度為0.5 m，每一儲(chǔ)物格寬為0.5 m，一列放置6個(gè)儲(chǔ)物盒，每個(gè)儲(chǔ)物柜利用支撐架放置儲(chǔ)物盒，具體如圖1所示。

2.3 儲(chǔ)物柜傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

本儲(chǔ)物柜的傳動(dòng)裝置主要是由機(jī)械臂和動(dòng)力裝置組成，利用皮帶、帶輪等，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的翻折以及橫向和縱向的運(yùn)動(dòng)。

2.3.1 機(jī)械臂的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)該機(jī)械臂時(shí)，我們考慮到需要存取方便、節(jié)省空間。因此，設(shè)計(jì)好的機(jī)械臂可以左右移動(dòng)，存取裝置可以上下移動(dòng)。因?yàn)樵摍C(jī)械臂用于存取儲(chǔ)物盒，且儲(chǔ)物盒是固定不動(dòng)的，所以我們需要將所需的儲(chǔ)物盒抽出。因此，我們所設(shè)計(jì)的機(jī)械臂分為兩部分，由滑軌連接，在存取時(shí)不會(huì)影響其他的儲(chǔ)物盒。為了提高空間利用率，我們借鑒了高鐵、飛機(jī)上的小桌板可收起的功能，在閑置時(shí)，可以將機(jī)械臂垂直收起，在使用時(shí)水平放置，如圖2所示。

2.3.2 動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)

因?yàn)楸緝?chǔ)物柜有許多儲(chǔ)物格，所以機(jī)械臂需要實(shí)現(xiàn)縱向與橫向的移動(dòng)以及機(jī)械臂從垂直到水平的翻折和在取物時(shí)水平方向的滑動(dòng)，所以我們利用絲杠、導(dǎo)軌和滑塊的機(jī)構(gòu)，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)縱向移動(dòng);利用梯形齒帶及帶輪、導(dǎo)軌和滑塊的機(jī)構(gòu)，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng);利用步進(jìn)電機(jī)和齒輪實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的翻折;利用皮帶和帶輪，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)水平方向的滑動(dòng)。

2.4 儲(chǔ)物柜控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

我們將ardumo作為主控系統(tǒng)，將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為輔助系統(tǒng)，將觸摸屏作為輸入工具，從而有效避免了高處取物困難、暗箱易忘的問題，實(shí)現(xiàn)了方便存取、安全快捷的功能，提高了工作效率與生活水平。

3 樣圖設(shè)計(jì)

樣圖設(shè)計(jì)如圖3所示。

4 結(jié)語

隨著科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，自動(dòng)儲(chǔ)物柜的應(yīng)用越來越廣泛，幾乎沒有嚴(yán)格的行業(yè)和領(lǐng)域的差別，各種行業(yè)都可以運(yùn)用。本設(shè)計(jì)主要立足于提高辦公室的空間利用率和辦公效率，利用ardluno單片機(jī)與機(jī)械臂的相互配合，通過軟件與硬件的集合調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)存取物品的功能，有效避免高處物品不易存取且存在安全隱患、暗箱易忘等問題。

在設(shè)計(jì)與制作的過程中，涉及到了硬件與軟件兩個(gè)方面，我們學(xué)會(huì)了應(yīng)該怎樣去查找各種參考資料，應(yīng)該如何去利用這些參考資料，并對(duì)自己所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品有了進(jìn)一步的了解。同時(shí)，在這個(gè)過程中也培養(yǎng)了個(gè)人的獨(dú)立思考問題與解決問題的能力以及一個(gè)團(tuán)隊(duì)之間的合作能力。

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