辦公用自動存取儲物柜的機械臂設計

陳思佳 李雅萌

摘 ?要：機械臂也稱為工業機器人，在現代的工業生產中有著巨大的作用。如今，各種實用的自動化機械紛紛進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，探討應用于辦公用自動存取儲物柜中，基于arduino單片機，實現自動存儲、提取等功能的機械臂設計。

關鍵詞：機械臂;arduino;步進電機;儲物柜

中圖分類號：TH692 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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 產品意義

如今，各種實用的自動化機械紛紛進入人們的生活工作中，給我們帶來了極大的便利。隨著人口的增加，土地的日益減少，空間變得越來越狹窄，對存儲空間要求也越來越多。

目前辦公用的儲物柜，為了方便存取物品高度一般在2米2以內，這樣室內上層空間得不到利用。另外對于存放較重質量的情況下，人工存取也不是十分便利。我們設計的辦公用自動存取柜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，將機械臂運用在儲物柜中，大大減少了存取時間，同時提高了空間利用率和工作效率。

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

而辦公用自動存取柜利用機械臂存取物品，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，對辦公用品起到了整理，安置的作用。

2.1.2 功能實現

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

需存放物品時，在觸摸屏選擇相對應的儲物盒并確定，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確定，利用機械臂將儲物盒移至適當高度，方便取出。

2.2 移動裝置的設計

移動主要分兩方面：橫向移動和縱向移動。

利用絲杠，導軌，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，滑塊的機構，在步進電機的驅動下實現橫向移動。

2.3 自動存取物品設計

自動存取物品的功能由機械臂實現。在存放物品時，將機械臂移動至指定儲物格，將儲物盒送入格中;在取出物品時，先將機械臂伸入儲物格，將儲物盒抬起，移出柜體，到達指定位置。

2.3.1 機械臂功能設計

在設計該機械臂時，我們考慮到需要方便，節省空間，該機械臂可以左右移動，存取裝置可以上下移動。因為該機械臂是用于存取儲物盒，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;因為要提高空間的利用率，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，在使用時放置水平，如圖2所示。

2.3.2 機械臂結構設計

機械臂主要由上下兩部組成，固定部分及可移動部分。考慮經濟成本，我們將機械臂做成鏤空，既可以節約成本，又可以使儲物格放置更加穩固。

2.4 控制系統的設計

我們利用arduino作為主控系統，利用步進電機驅動器作為輔助系統，利用觸摸屏作為輸入，從而實現了方便存取，安全快捷的功能，提高工作效率與生活水平。

3 機械臂的優點與不足

3.1 優點

（1）利用單片機作物核心主控系統，自動化程度提高;

（2）利用機械臂取物，提高了空間利用率，減少不必要的損傷。

3.2 不足

傳動裝置是利用絲杠和皮帶與帶輪，會有一定的誤差，機械臂裝置的摩擦力不夠需要增加摩擦力。

4 結束語

該機械臂的設計主要希望有效避免高處物品易存取且存在安全隱患，暗箱易忘等問題。因此，我們利用arduino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。

在設計過程中，涉及到了單片機、控制系統理論等知識，通過對機械臂的設計、程序的編寫實現整體的運作，對所設計的產品有了從二維到三維的認識。

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.

[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].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.

[7]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2006.