辦公用自動(dòng)存取儲(chǔ)物柜的機(jī)械臂設(shè)計(jì)

陳思佳 李雅萌

摘 ?要：機(jī)械臂也稱為工業(yè)機(jī)器人，在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中有著巨大的作用。如今，各種實(shí)用的自動(dòng)化機(jī)械紛紛進(jìn)入我們的工作生活中，極大地提高了我們的生活水平與工作效率。由于人口的激增，對(duì)于空間的利用有了更高的要求，為了能夠更好提高空間利用率，探討應(yīng)用于辦公用自動(dòng)存取儲(chǔ)物柜中，基于arduino單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)存儲(chǔ)、提取等功能的機(jī)械臂設(shè)計(jì)。

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

中圖分類號(hào)：TH692 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）13-0054-02

Abstract： Also known as industrial robots， mechanical arms play an important role in modern industrial production. Nowadays， a variety of practical automation machinery have entered our work and life， greatly improve our living standards and work efficiency. Due to the surge of population， there are higher requirements for the utilization of space. In order to better improve the utilization of space， this paper discusses the design of a mechanical arm for automatic storage and extraction based on arduino single chip microcomputer in the office automatic storage and storage cabinet.

Keywords： manipulator; arduino; stepper motor; store content ark

1 產(chǎn)品意義

如今，各種實(shí)用的自動(dòng)化機(jī)械紛紛進(jìn)入人們的生活工作中，給我們帶來(lái)了極大的便利。隨著人口的增加，土地的日益減少，空間變得越來(lái)越狹窄，對(duì)存儲(chǔ)空間要求也越來(lái)越多。

目前辦公用的儲(chǔ)物柜，為了方便存取物品高度一般在2米2以內(nèi)，這樣室內(nèi)上層空間得不到利用。另外對(duì)于存放較重質(zhì)量的情況下，人工存取也不是十分便利。我們?cè)O(shè)計(jì)的辦公用自動(dòng)存取柜借鑒了現(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，將機(jī)械臂運(yùn)用在儲(chǔ)物柜中，大大減少了存取時(shí)間，同時(shí)提高了空間利用率和工作效率。

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

而辦公用自動(dòng)存取柜利用機(jī)械臂存取物品，有效利用空間，避免了高處物品存取困難的問(wèn)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，對(duì)辦公用品起到了整理，安置的作用。

2.1.2 功能實(shí)現(xiàn)

本儲(chǔ)物柜的基本款式高度為3米，寬為0.5米，每一儲(chǔ)物格寬為0.5米，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。

需存放物品時(shí)，在觸摸屏選擇相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)物盒并確定，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)物盒并確定，利用機(jī)械臂將儲(chǔ)物盒移至適當(dāng)高度，方便取出。

2.2 移動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

移動(dòng)主要分兩方面：橫向移動(dòng)和縱向移動(dòng)。

利用絲杠，導(dǎo)軌，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，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)。

2.3 自動(dòng)存取物品設(shè)計(jì)

自動(dòng)存取物品的功能由機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)。在存放物品時(shí)，將機(jī)械臂移動(dòng)至指定儲(chǔ)物格，將儲(chǔ)物盒送入格中;在取出物品時(shí)，先將機(jī)械臂伸入儲(chǔ)物格，將儲(chǔ)物盒抬起，移出柜體，到達(dá)指定位置。

2.3.1 機(jī)械臂功能設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)該機(jī)械臂時(shí)，我們考慮到需要方便，節(jié)省空間，該機(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)械臂是用于存取儲(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;因?yàn)橐岣呖臻g的利用率，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)放置水平，如圖2所示。

2.3.2 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械臂主要由上下兩部組成，固定部分及可移動(dòng)部分?？紤]經(jīng)濟(jì)成本，我們將機(jī)械臂做成鏤空，既可以節(jié)約成本，又可以使儲(chǔ)物格放置更加穩(wěn)固。

2.4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

我們利用arduino作為主控系統(tǒng)，利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為輔助系統(tǒng)，利用觸摸屏作為輸入，從而實(shí)現(xiàn)了方便存取，安全快捷的功能，提高工作效率與生活水平。

3 機(jī)械臂的優(yōu)點(diǎn)與不足

3.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）利用單片機(jī)作物核心主控系統(tǒng)，自動(dòng)化程度提高;

（2）利用機(jī)械臂取物，提高了空間利用率，減少不必要的損傷。

3.2 不足

傳動(dòng)裝置是利用絲杠和皮帶與帶輪，會(huì)有一定的誤差，機(jī)械臂裝置的摩擦力不夠需要增加摩擦力。

4 結(jié)束語(yǔ)

該機(jī)械臂的設(shè)計(jì)主要希望有效避免高處物品易存取且存在安全隱患，暗箱易忘等問(wèn)題。因此，我們利用arduino單片機(jī)與機(jī)械臂的相互配合，通過(guò)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。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及到了單片機(jī)、控制系統(tǒng)理論等知識(shí)，通過(guò)對(duì)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)、程序的編寫實(shí)現(xiàn)整體的運(yùn)作，對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品有了從二維到三維的認(rèn)識(shí)。

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