辦公用自動存取儲物柜的設計與開發

陳思佳　牽雅萌

摘要：隨著人們生活水平的提高，自動儲物柜在生活中廣泛應用。它具有使用操作簡單、安全可靠、應用范圍廣等特點，服務于不同市場的廣大群眾。項目借鑒了現在大型物流倉儲中心所使用的自動化立體庫的設計思路，綜合自動存儲、提取等功能，設計出可在辦公場所自動存放的儲物柜。

關鍵詞：儲物柜;單片機;機械臂;步進電機

中圖分類號：TP211+.4

文獻標識碼：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，房價的增長，屋內空間的充分利用就顯得格外重要。很多地方對于屋內上層空間利用不到位，有時取物要爬到高處，不僅不方便，而且極其危險。同時對于一些大柜子來說，容易造成暗箱易忘的問題。

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

我們所設計的辦公用自動存取儲物柜借鑒了現在大型物流倉儲中心所使用的“垂直升降庫”設計思路，綜合自動存儲、提取等功能，設計了辦公場所自動存取功能的儲物柜。該儲物柜縮短了存取物品的時間，提高了空間利用率和工作效率。

1.2 項目研究內容

1.2.1 產品功能

可實現儲物柜中的儲物格利用機械臂實現升降，不但能提高空間利用率，而且存取物品更加安全快捷。同時，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，實現快速查找，提高工作效率。

1.2.2 存儲柜材料

儲物柜廣泛應用于辦公室、政府機關、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、設計圖紙、賬單、目錄、表格等存儲管理，是各種物品的私人管家。我們采用的原料需要具有方便運輸、承載能力強、使用壽命長的特點，因此，辦公用儲物柜采用優質冷軋鋼板板材制作。它不像傳統的木柜，易損壞，不耐撞擊，而且容易滋生細菌，產生異味。

1.2.3 傳動方案

本產品利用皮帶、電機、絲杠等部件的配合，利用步進電機控制機械臂的升降及平移，將儲物盒從儲物柜中取出或放回儲物柜中。

1.2.4 產品優勢

產品優勢有：①空間利用率高;②操作便捷，適用范圍廣;③利用智能技術，查找方便，能提高效率;④成本低，能耗小，便于推廣。

2 儲物柜的整體設計方案

2.1 功能分析與實現

2.1.1 功能分析

辦公用自動存取柜利用機械臂存取物品，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，達到省時的目的，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 功能實現

當需存放物品時，在觸摸屏選擇相對應的儲物盒并點擊確定，機械臂會將指定盒子移至適當高度，方便存放;當需取出物品時，在觸摸屏中查詢找到相對應的儲物盒并點擊確定，機械臂會將儲物盒移至適當高度，方便取出。

2.2 儲物柜框架結構的設計

從資料統計和實際的狀況來看，目前自動化存取貨物的方式主要有兩種，一種是貨位可移動式貨架自動化立體倉庫系統，一種是利用存取車輛或者升降機完成自動存取貨物。我們考慮到該儲物柜運用在辦公室內，需要較強的靈活性，人的可操作性要強，因此，我們借鑒了“垂直升降庫”的原理，借助存取貨物手臂，實現高處貨物的存取。

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

2.3 儲物柜傳動裝置的設計

本儲物柜的傳動裝置主要是由機械臂和動力裝置組成，利用皮帶、帶輪等，在步進電機的驅動下，實現機械臂的翻折以及橫向和縱向的運動。

2.3.1 機械臂的設計

在設計該機械臂時，我們考慮到需要存取方便、節省空間。因此，設計好的機械臂可以左右移動，存取裝置可以上下移動。因為該機械臂用于存取儲物盒，且儲物盒是固定不動的，所以我們需要將所需的儲物盒抽出。因此，我們所設計的機械臂分為兩部分，由滑軌連接，在存取時不會影響其他的儲物盒。為了提高空間利用率，我們借鑒了高鐵、飛機上的小桌板可收起的功能，在閑置時，可以將機械臂垂直收起，在使用時水平放置，如圖2所示。

2.3.2 動力裝置的設計

因為本儲物柜有許多儲物格，所以機械臂需要實現縱向與橫向的移動以及機械臂從垂直到水平的翻折和在取物時水平方向的滑動，所以我們利用絲杠、導軌和滑塊的機構，在步進電機的驅動下實現縱向移動;利用梯形齒帶及帶輪、導軌和滑塊的機構，在步進電機的驅動下實現橫向移動;利用步進電機和齒輪實現機械臂的翻折;利用皮帶和帶輪，在步進電機的驅動下實現水平方向的滑動。

2.4 儲物柜控制系統的設計

我們將ardumo作為主控系統，將步進電機驅動器作為輔助系統，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，實現了方便存取、安全快捷的功能，提高了工作效率與生活水平。

3 樣圖設計

樣圖設計如圖3所示。

4 結語

隨著科技的不斷發展與進步，自動儲物柜的應用越來越廣泛，幾乎沒有嚴格的行業和領域的差別，各種行業都可以運用。本設計主要立足于提高辦公室的空間利用率和辦公效率，利用ardluno單片機與機械臂的相互配合，通過軟件與硬件的集合調試，實現自動存取物品的功能，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。

在設計與制作的過程中，涉及到了硬件與軟件兩個方面，我們學會了應該怎樣去查找各種參考資料，應該如何去利用這些參考資料，并對自己所設計的產品有了進一步的了解。同時，在這個過程中也培養了個人的獨立思考問題與解決問題的能力以及一個團隊之間的合作能力。

參考文獻：

[1]杜千千，孟令啟.垂直升降式停車場的設計[J].科技信息，2008（ 28）.

[2]李建.各式各樣的停車場[J].汽車運用，2005（ 10）.

[3]谷巖.貨位可移動式貨架自動化立體倉庫系統的研究[D].沈陽：東北大學，2008。

[4]谷巖，肖生苓，牟娌娜.關于貨位可移動式貨架立體倉庫的探討[J].森林工程，2007 （4）.

[5]楊永攀.自動化立體倉庫的若干關鍵技術與仿真[J].中外企業家，2015（ 6）.

[6]王晶.第四屆全國大學生機械創新設計大賽決賽作品選集[M].北京：高等教育出版社，2011.