自動(dòng)存取鞋倉庫設(shè)備探析論文
摘要：分析了將自動(dòng)存取鞋立體車庫應(yīng)用于會(huì)所等服務(wù)行業(yè)的可行性和技術(shù)特點(diǎn)， 介紹了一種采用三軸搬運(yùn)器、鞋盒對(duì)接提升裝置和鞋架的自動(dòng)立體車庫， 并分析了該設(shè)備的工作流程， 是目前首例應(yīng)用于會(huì)所的自動(dòng)化鞋類存取立體倉庫。
關(guān)鍵詞：存取鞋； 立體倉庫； 鞋架； 三軸搬運(yùn)器； 會(huì)所；
1 緒論
隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展， 制造業(yè)工廠機(jī)器換人、設(shè)備互聯(lián)化、生產(chǎn)智能化等創(chuàng)新實(shí)踐給其他行業(yè)如服務(wù)業(yè)帶來了良好的啟示， 同時(shí)給自動(dòng)化行業(yè)帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。服務(wù)行業(yè)中存在很多需要人工完成的環(huán)節(jié)， 其中有些環(huán)節(jié)工作環(huán)境差、勞動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)， 并且不是很體面。比如會(huì)所中的鞋吧， 當(dāng)有顧客進(jìn)入時(shí)， 需要服務(wù)員及時(shí)給顧客換上拖鞋， 換下的鞋子和襪子需要快速存入鞋柜， 并且不能錯(cuò)亂；當(dāng)顧客離開時(shí)， 又需要把顧客的鞋子和襪子取出并遞給顧客換上。對(duì)每個(gè)顧客都是如此， 整個(gè)過程既繁瑣又臟累， 需要隨時(shí)提供服務(wù)， 是一項(xiàng)非常不體面的活。如果能使用自動(dòng)存取設(shè)備取代人工完成存取鞋設(shè)備， 將是一件非常有意義的項(xiàng)目。本文所論述的正是一種應(yīng)用于服務(wù)行業(yè)的能夠取代人工的自動(dòng)存取鞋倉庫設(shè)備。
2 應(yīng)用場(chǎng)景及特點(diǎn)
2.1 物料特點(diǎn)
此處物料是鞋類， 而且是兩只一雙， 沒有固定統(tǒng)一的外形、高度、長(zhǎng)度、款式， 直接搬運(yùn)的話， 對(duì)夾具選擇難度很大。通過調(diào)查， 發(fā)現(xiàn)成人的鞋雖然碼數(shù)不同， 但正常碼數(shù)范圍內(nèi)裝鞋的鞋盒都是統(tǒng)一規(guī)格， 這樣就可以得出結(jié)論， 用統(tǒng)一規(guī)格的盒子作為載具， 將鞋子放入鞋盒， 把無固定外形的物料變成規(guī)則外形的物料， 就可以實(shí)現(xiàn)成雙鞋的搬運(yùn)。通過鞋類數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)， 設(shè)計(jì)出適合絕大部分鞋類容納的鞋盒， 便完成存取設(shè)備中搬運(yùn)器設(shè)計(jì)的第一步。
2.2 應(yīng)用場(chǎng)景
會(huì)所的鞋吧一般設(shè)置在接待大廳偏僻位置， 利用偏僻角落封閉起來做成多層鞋柜或鞋架。這就要求自動(dòng)存取設(shè)備的存儲(chǔ)架占地小， 存儲(chǔ)單元盡量多， 做成多層、多排結(jié)構(gòu)型式。另一方面， 鞋吧應(yīng)盡量靠近顧客換鞋的位置， 提高顧客出入效率。
2.3 工況特點(diǎn)
存取設(shè)備應(yīng)隨時(shí)響應(yīng)顧客的存取鞋需求， 盡量減少顧客等待的時(shí)間， 這就要求搬運(yùn)器響應(yīng)速度快、跑位精確、重復(fù)誤差小等。此外， 取鞋時(shí)不能出錯(cuò)， 為顧客取到錯(cuò)誤的.鞋子是非常麻煩的情況。鞋盒編號(hào)與顧客的手牌號(hào)碼應(yīng)一一對(duì)應(yīng)或設(shè)為同一編碼；鞋盒與存鞋位也應(yīng)一一對(duì)應(yīng)， 以便出錯(cuò)時(shí)有跡可循。
2.4 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)
首先， 鞋子放入鞋盒后， 搬運(yùn)器應(yīng)立即知道應(yīng)存入哪個(gè)存鞋位， 鞋盒應(yīng)能被識(shí)別到編碼。其次， 搬運(yùn)器響應(yīng)速度快、跑位精準(zhǔn)， 最好的選擇就是采用伺服系統(tǒng)。
最關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)是， 搬運(yùn)器采用何種取物機(jī)械手， 搬運(yùn)器與鞋盒對(duì)接、移動(dòng)的要求是可靠、快速。有效載荷是鞋與鞋盒， 對(duì)接裝置不宜笨重， 最好不采用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)對(duì)接， 這樣會(huì)增加控制點(diǎn)和不可靠性。
3 存鞋立體倉庫系統(tǒng)構(gòu)成
根據(jù)前述分析， 設(shè)計(jì)出存取鞋立體倉庫設(shè)備由如下部分組成， 如圖1、圖2所示。
�。�1） 存鞋架：采用鋁合金型材搭建， 劃分為多層多列的存鞋位， 具有重量輕、連接件標(biāo)準(zhǔn)化、適用性好等特點(diǎn)；
（2） 搬運(yùn)器：搬運(yùn)器采用X、Y、Z三維方向的同步帶滑臺(tái)， 由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 與鞋盒對(duì)接的機(jī)械裝置由對(duì)接叉片和安裝板組成， 固定安裝在滑臺(tái)上。
�。�3） 鞋盒：為敞口塑料盒， 邊緣設(shè)有下卷邊， 搬運(yùn)時(shí)對(duì)接提升叉片插入鞋盒下卷邊并貼近鞋盒端面， 端起鞋盒移動(dòng)。
�。�4） 編碼識(shí)別系統(tǒng)：每個(gè)存鞋位配一個(gè)鞋盒， 鞋盒編碼與存鞋位編碼相同， 鞋盒底部安裝有IC芯片， 存取鞋窗口安裝有IC讀取器， 當(dāng)鞋盒取送至存取窗口時(shí)， 系統(tǒng)能讀取到鞋盒編碼。
�。�5） 控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)由下位機(jī)控制和上位機(jī)控制系統(tǒng)組成， 下位機(jī)即PLC控制器， PLC存儲(chǔ)伺服驅(qū)動(dòng)程序控制伺服電機(jī)和滑臺(tái)完成走位動(dòng)作；上位機(jī)即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 存儲(chǔ)鞋位及IC編碼、原點(diǎn)位置、鞋位位置、存鞋數(shù)量等數(shù)據(jù)信息， 通過MODBUS通信協(xié)議與下位機(jī)通信， 指揮下位機(jī)完成搬運(yùn)動(dòng)作。
�。�6） 人機(jī)界面：人機(jī)界面即上位機(jī)顯示屏， 采用觸摸屏， 可顯示倉庫存儲(chǔ)信息、存取窗口鞋盒編碼、搬運(yùn)器運(yùn)行狀態(tài)、控制系統(tǒng)狀態(tài)信息等， 可輸入編碼取鞋、臨時(shí)存鞋等特定操作。
圖1 自動(dòng)存取鞋立體倉庫正面
1-存鞋架， 2-三軸搬運(yùn)器， 3-鞋盒， 4-存取鞋窗口， 21-上X軸滑軌， 22-下X軸滑軌， 23-Y軸滑軌， 25-傳動(dòng)軸， 26-伺服電機(jī)， 27-對(duì)接提升裝置
4 工作原理
存鞋工作流程是：顧客進(jìn)場(chǎng)領(lǐng)取手環(huán)， 將手環(huán)靠近讀卡器， 讀卡器讀出手環(huán)編號(hào)并發(fā)送信號(hào)給上位機(jī)控制系統(tǒng)， 上位機(jī)發(fā)送指令給下位機(jī)控制系統(tǒng)并控制伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)三軸搬運(yùn)器將相應(yīng)編號(hào)的鞋盒送至存取鞋窗口， 顧客將自己的鞋襪放入鞋盒， 鞋盒放入存取鞋窗口， IC讀卡器讀取鞋盒編碼， 發(fā)送信號(hào)給控制系統(tǒng)， 伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)三軸搬運(yùn)器將鞋盒搬運(yùn)至對(duì)應(yīng)存鞋位， 并傳回信息給控制系統(tǒng)， 完成存鞋過程。
圖2 自動(dòng)存取鞋立體倉庫側(cè)面
取鞋工作流程是：顧客消費(fèi)完后至前臺(tái)結(jié)賬， 前臺(tái)讀卡器讀到顧客編號(hào)并發(fā)送信號(hào)給立體倉庫控制系統(tǒng)， 控制系統(tǒng)控制伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)三軸搬運(yùn)器將相應(yīng)編號(hào)的鞋盒送至存取鞋窗口， 顧客從存取鞋窗口將鞋盒取出， 拿出自己的鞋襪后將鞋盒放入存取鞋窗口， 窗口讀卡器讀到鞋盒編碼， 發(fā)送信號(hào)給控制系統(tǒng)， 控制伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)三軸搬運(yùn)器將鞋盒存入對(duì)應(yīng)存鞋位， 并傳回信息給控制系統(tǒng)， 完成取鞋過程。
5 結(jié)論
自動(dòng)存取鞋立體倉庫可實(shí)現(xiàn)會(huì)所服務(wù)窗口存取鞋自助化和自動(dòng)化， 有助于減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度， 改善勞動(dòng)環(huán)境， 避免服務(wù)差錯(cuò)；同時(shí)， 由機(jī)器取代人工也能降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本。
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