自適應智能存取展柜設計

田 濤 范熠明 豐保雷 葉佳偉 陳珈琪

（紹興文理學院機械與電氣工程學院,浙江 紹興 312000）

鞋子展柜在商業發展中有著不可替代的作用，是體現商品推廣平臺的重要的產品，也是商場視覺、空間效果的載體，不同的產品使用的展柜風格不同。縱觀各大商場，展柜的設計大多僅有展臺、玻璃門、燈光這些最基本的設置，很少有設計師去關注展柜的功能效益[1]。

目前市面上的普通展柜大多為橫式貨架，該類展柜需要花費較多的人力資源去存取鞋子、介紹鞋子，存在著空間利用率低、展柜層高固定、人工需求量大等問題。在智能展柜的研究方面，將重點都放在了防潮除濕、燈光顯示、自動開關等功能型設計上，并不能真正做到服務消費者，解放自身[2]。且商場中部分展柜為了增加空間利用率，存在高度超出常人身高的展柜，不僅不利于商家自己存放鞋子，還會導致一些消費者不能直觀地欣賞鞋品，這樣做不僅影響了鞋品銷量，還因鞋品的高難度陳列而增加了勞動成本。因此十分有必要設計一款新型智能展柜，能夠做到自動存鞋取鞋，讓消費者從最舒適的角度欣賞和了解鞋品，從而促使鞋品銷量，也能夠減少商家的勞動成本，幫助人們加速邁進智能生活[3]。

1 展柜設計方案

1.1 整體設計方案

在總體的布局設計上，最底部設為暫存區；最頂層或底層設為控制區即放置各類單片機的區域；中間部分都為存放區域，即該部分作為容納鞋子使用；圓周中間設置為升降區。

1.2 機構設計方案

1.2.1 回轉暫存機構

回轉暫存結構位于整個智能展柜底部，由一組齒輪組成。該結構設計主要為滿足用戶需要在同一時刻存入多雙鞋子的需求，可以有效減短用戶等待時間。底座可以放置單片機等控制元件，步進電機通過法蘭聯軸器帶動小齒輪轉動，小齒輪與大齒輪嚙合帶動暫存盤轉動切換鞋位，實現鞋品暫存。

1.2.2 回轉升降機構

圖1 展柜模型渲染圖

圖2 回轉暫存機構

回轉升降機構位于圓周中間，垂直升降結構選用鏈傳動方式，蝸輪蝸桿電機帶動鏈條轉動，保證在斷電的情況下，整體結構安全鎖死在指定位置。鏈條采用兩頭斷開的形式，一端與配重塊相連，另一端固定在鏈條孔處。步進電機通過法蘭聯軸器帶動端蓋旋轉，實現機構回轉。

圖3 回轉升降機構

1.2.3 高度調節機構

高度調節結構位于圓周側面，是針對高度高于普通鞋子或者是高度低于普通鞋子的鞋而設計。牽引繩一端與牽引繩孔相連，牽引繩另一端通過定滑輪與細螺紋螺栓纏繞。電機帶動連軸桿使螺栓旋轉收緊或放松牽引繩，牽引繩帶動鞋盤改變上下運動。螺母鎖由兩片螺母夾片和外殼組成，霍爾電機通過連軸桿帶動螺栓轉動，則螺母鎖通過螺紋副在外殼內移動，這樣來實現收緊或放松牽引繩。

圖4 高度調節機構

1.2.4 帶式存取機構

帶式存取機構位于回轉升降機構下方，該機構由支撐桿、同步帶、同步輪、活動爪組成，可以完成單方向的前進與后退運動，與回轉升降結構相互配合，可以完成一個矩形曲線運動。

圖5 螺母鎖

圖6 帶式存取機構

1.3 外設設計方案

展柜外部設LCD屏，工作人員需在LCD中錄入鞋子信息時需要錄入鞋子照片、價格、鞋子高度、品牌等信息。當客戶或工作人員需要取鞋時只需要點擊相應鞋子的照片進入二級目錄，在二級目錄中點擊相應的尺碼則展柜會取出相應的鞋子，存入也同樣進入二級目錄進行存；LCD屏會根據相應的存取進行計數來告訴客戶和工作人員鞋子的數量。

1.4 控制系統方案

STM32F103RCT6主控單片機通過串口通信STM32F103ZET6單片機，STM32F103ZET6單片機控制LCD屏，STM32F103ZET6根據客戶在LCD屏中的操作來發送存取鞋指令給STM32F103RCT6單片機，STM32F103RCT6單片機4]再控制電機驅動板，從而實現對展柜中的電梯井與自適應層的控制，通過展柜中安裝的各部分限位開關來確定電機的初始位，再根據脈沖控制霍爾電機和步進電機，實現鞋子的存取功能。

2 展柜使用流程

客戶瀏覽LCD屏中的鞋子，發現有喜歡的鞋子，點擊鞋子照片進入二級目錄，二級目錄中有鞋子其他詳細信息，客戶想要試穿只需在二級目錄中選擇想要的尺碼后再點擊取鞋，展柜中的自動存取機構就會取出相應的鞋子至底層暫存區，待鞋子運至暫存區后即可進行試穿；若客戶不滿意這雙鞋子只需將鞋放入存鞋口后再點擊存鞋即可，展柜會再通過存取機構將鞋子運送回原位。

當客戶瀏覽LCD屏中的鞋子，從展柜中試穿完鞋后，想購買該鞋，只需將其放回展柜中，在LCD屏上掃描二維碼進行支付，支付完成后，鞋庫運轉，當單片機計數到該鞋位置時，擋板中的電磁鐵通電，折疊的擋板被放平，鞋盒觸碰到擋板上的微動開關后，電機停止運轉，客戶即可在鞋庫處取得新鞋。

3 結語

本文設計開發的這款自適應智能存取展柜與傳統展柜相比在結構上做了很大的設計改動。展柜主要功能主要體現在自動存取上，通過電機和傳感器的配合實現自動存取和展柜自適應層的變化。在實現該功能的基礎上，配合自動鞋庫、LCD屏、APP軟件等來為客戶提供更加便捷的操作。該展柜可廣泛用于售鞋商場，可靠性高、判斷方式智能準確、操作簡單、人機關系友好。