自适应智能存取展柜设计

田 涛 范熠明 丰保雷 叶佳伟 陈珈琪

（绍兴文理学院机械与电气工程学院,浙江 绍兴 312000）

鞋子展柜在商业发展中有着不可替代的作用，是体现商品推广平台的重要的产品，也是商场视觉、空间效果的载体，不同的产品使用的展柜风格不同。纵观各大商场，展柜的设计大多仅有展台、玻璃门、灯光这些最基本的设置，很少有设计师去关注展柜的功能效益[1]。

目前市面上的普通展柜大多为横式货架，该类展柜需要花费较多的人力资源去存取鞋子、介绍鞋子，存在着空间利用率低、展柜层高固定、人工需求量大等问题。在智能展柜的研究方面，将重点都放在了防潮除湿、灯光显示、自动开关等功能型设计上，并不能真正做到服务消费者，解放自身[2]。且商场中部分展柜为了增加空间利用率，存在高度超出常人身高的展柜，不仅不利于商家自己存放鞋子，还会导致一些消费者不能直观地欣赏鞋品，这样做不仅影响了鞋品销量，还因鞋品的高难度陈列而增加了劳动成本。因此十分有必要设计一款新型智能展柜，能够做到自动存鞋取鞋，让消费者从最舒适的角度欣赏和了解鞋品，从而促使鞋品销量，也能够减少商家的劳动成本，帮助人们加速迈进智能生活[3]。

1 展柜设计方案

1.1 整体设计方案

在总体的布局设计上，最底部设为暂存区；最顶层或底层设为控制区即放置各类单片机的区域；中间部分都为存放区域，即该部分作为容纳鞋子使用；圆周中间设置为升降区。

1.2 机构设计方案

1.2.1 回转暂存机构

回转暂存结构位于整个智能展柜底部，由一组齿轮组成。该结构设计主要为满足用户需要在同一时刻存入多双鞋子的需求，可以有效减短用户等待时间。底座可以放置单片机等控制元件，步进电机通过法兰联轴器带动小齿轮转动，小齿轮与大齿轮啮合带动暂存盘转动切换鞋位，实现鞋品暂存。

1.2.2 回转升降机构

图1 展柜模型渲染图

图2 回转暂存机构

回转升降机构位于圆周中间，垂直升降结构选用链传动方式，蜗轮蜗杆电机带动链条转动，保证在断电的情况下，整体结构安全锁死在指定位置。链条采用两头断开的形式，一端与配重块相连，另一端固定在链条孔处。步进电机通过法兰联轴器带动端盖旋转，实现机构回转。

图3 回转升降机构

1.2.3 高度调节机构

高度调节结构位于圆周侧面，是针对高度高于普通鞋子或者是高度低于普通鞋子的鞋而设计。牵引绳一端与牵引绳孔相连，牵引绳另一端通过定滑轮与细螺纹螺栓缠绕。电机带动连轴杆使螺栓旋转收紧或放松牵引绳，牵引绳带动鞋盘改变上下运动。螺母锁由两片螺母夹片和外壳组成，霍尔电机通过连轴杆带动螺栓转动，则螺母锁通过螺纹副在外壳内移动，这样来实现收紧或放松牵引绳。

图4 高度调节机构

1.2.4 带式存取机构

带式存取机构位于回转升降机构下方，该机构由支撑杆、同步带、同步轮、活动爪组成，可以完成单方向的前进与后退运动，与回转升降结构相互配合，可以完成一个矩形曲线运动。

图5 螺母锁

图6 带式存取机构

1.3 外设设计方案

展柜外部设LCD屏，工作人员需在LCD中录入鞋子信息时需要录入鞋子照片、价格、鞋子高度、品牌等信息。当客户或工作人员需要取鞋时只需要点击相应鞋子的照片进入二级目录，在二级目录中点击相应的尺码则展柜会取出相应的鞋子，存入也同样进入二级目录进行存；LCD屏会根据相应的存取进行计数来告诉客户和工作人员鞋子的数量。

1.4 控制系统方案

STM32F103RCT6主控单片机通过串口通信STM32F103ZET6单片机，STM32F103ZET6单片机控制LCD屏，STM32F103ZET6根据客户在LCD屏中的操作来发送存取鞋指令给STM32F103RCT6单片机，STM32F103RCT6单片机4]再控制电机驱动板，从而实现对展柜中的电梯井与自适应层的控制，通过展柜中安装的各部分限位开关来确定电机的初始位，再根据脉冲控制霍尔电机和步进电机，实现鞋子的存取功能。

2 展柜使用流程

客户浏览LCD屏中的鞋子，发现有喜欢的鞋子，点击鞋子照片进入二级目录，二级目录中有鞋子其他详细信息，客户想要试穿只需在二级目录中选择想要的尺码后再点击取鞋，展柜中的自动存取机构就会取出相应的鞋子至底层暂存区，待鞋子运至暂存区后即可进行试穿；若客户不满意这双鞋子只需将鞋放入存鞋口后再点击存鞋即可，展柜会再通过存取机构将鞋子运送回原位。

当客户浏览LCD屏中的鞋子，从展柜中试穿完鞋后，想购买该鞋，只需将其放回展柜中，在LCD屏上扫描二维码进行支付，支付完成后，鞋库运转，当单片机计数到该鞋位置时，挡板中的电磁铁通电，折叠的挡板被放平，鞋盒触碰到挡板上的微动开关后，电机停止运转，客户即可在鞋库处取得新鞋。

3 结语

本文设计开发的这款自适应智能存取展柜与传统展柜相比在结构上做了很大的设计改动。展柜主要功能主要体现在自动存取上，通过电机和传感器的配合实现自动存取和展柜自适应层的变化。在实现该功能的基础上，配合自动鞋库、LCD屏、APP软件等来为客户提供更加便捷的操作。该展柜可广泛用于售鞋商场，可靠性高、判断方式智能准确、操作简单、人机关系友好。