一种可视化自动存取柜.pdf

本发明涉及一种智能家具，具体地说是指一种可视化的、能通过输入编号或点选屏幕图片快速查找并自动取出或存入鞋子在智能型鞋柜。整个鞋柜主要由存放鞋子的前部柜体、容纳三坐标导轨装置的后部柜体和实现系统自动化工作的智能控制系统组成。前部柜体被分割为多个格子，格子内有可移动的鞋盒以及判断和指示格子是否被占用的光电开关和指示灯；三坐标导轨装置由XYZ三轴直线导轨组成，每轴为滚珠丝杠连接步进电机结构，精度和稳定度高；智能控制系统以微电脑控制板为核心，以触摸屏为人机界面，并连接有用于图像采集的摄像头和各种检测用接近开关、保护用接近开关、光电开关以及各种指示灯等元件，整个控制系统可实现存鞋和取鞋操作完全自动化，并辅助有内部软件实现鞋子的分类管理和统计。本发明结构合理，操作方便，省时省力，节约空间、尤其适合鞋子数量多的家庭或单位。

权利要求书
1.  一种可视化自动存取柜，其特征是：整个鞋柜由柜体和智能控制系统组成， 柜体分为前部柜体1和后部柜体2，前部柜体1由多个用于存放鞋子的格子组成， 后部柜体2内安装有三坐标导轨装置，前部柜体1中间一侧设置有触摸屏6，其 后面放置有智能控制系统，其下部为入鞋口。

2.  根据权利要求1所述的一种可视化自动存取柜，其特征在于前部柜体1的各 个格子内设置有可移动的鞋盒15，鞋盒15呈前低后高的梯形，后部装有铁片， 下部底层为内空区域。

3.  根据权利要求1所述的一种可视化自动存取柜，其特征在于前部柜体1的各 个格子柜门前面设置有鞋位置指示灯3和门把手4，后面设置有占位检测光电开 关5。

4.  根据权利要求1所述的一种可视化自动存取柜，其特征在于部柜体1的入鞋 口柜门内外设置有入鞋口门状态灯11、入鞋口门接近开关12、电控门锁13和 入鞋口鞋盒检测接近开关14，入鞋口内顶部设置有入鞋口有/无鞋检测光电开关 45、摄像头46和拍照照明灯47。

5.  根据权利要求1所述的一种可视化自动存取柜，其特征在于实现自动化操作 的控制系统由微电脑控制板7、触摸屏6、摄像头46、拍照照明灯47、X轴步 进电机28、Y轴步进电机34、Z轴步进电机22、各种检测元件和指示灯组成。

6.  根据权利要求5所述的一种可视化自动存取柜，其特征在于检测元件包括占 位检测光电开关5，入鞋口门接近开关12、入鞋口鞋盒检测接近开关14、Z轴 零位检测用接近开关16、Z轴上限位开关23、Z轴下限位开关24、X轴左限位 开关29、X轴零位检测用接近开关30、Y轴零位检测用接近开关35、Y轴前限 位开关36、到位检测接近开关41和入鞋口有/无鞋检测光电开关45；指示灯包 括鞋位置指示灯3、零位指示灯8、有/无鞋指示灯9、拍照指示灯10和入鞋口 门状态灯11。

7.  根据权利要求1所述的一种可视化自动存取柜，其特征在于鞋柜上部设置有 触摸屏6，鞋子的查找过程通过触摸屏6可视化实现，也可直接输入鞋子编号进 行查找。

8.  根据权利要求1所述的一种可视化自动存取柜，其特征在于前部柜体1的触 摸屏6下设置有用于判断鞋柜控制系统的工作阶段的零位指示灯8、有/无鞋指 示灯9和拍照指示灯10。

9.  根据权利要求1所述的一种可视化自动存取柜，其特征在于三坐标导轨装置 由X轴、Y轴和Z轴直线导轨组成，各轴导轨分别设置有X轴零位检测用接近 开关30、Y轴零位检测用接近开关35和Z轴零位检测用接近开关16。

10.  根据权利要求1所述的一种可视化自动存取柜，其特征在于安装于Y轴滑 动模块37的取鞋装置17包括承载板39、电磁铁40、到位检测接近开关41和 V型夹紧铁片42组成。

说明书一种可视化自动存取柜
技术领域
本发明涉及一种智能家具用品，具体地说是指一种具有可视化人机界面，可 快速、自动存取鞋子的智能鞋柜，也是一种可用于自动存取商品、文件或行李等 其他物品的柜子。
背景技术
鞋柜属于一种常用家具用品，当前市场上鞋柜种类繁多，式样各异，但其设 计和功能基本都没跳出传统家具的概念范畴。随着人们生活水平的提高和生活节 奏的加快，家庭中各类鞋子的数量越来越多，每天从鞋柜中寻找适宜的鞋子成为 一件繁琐的事情，特别是对于一些容量大和柜门较多的鞋柜，往往需要打开多个 柜门后才能找到自己需要的鞋子，既费时又费力。另外，为高效利用空间，鞋柜 的宽度和高度也越来越大，这为人力手动存取造成麻烦。为解决这一问题，中国 专利号为ZL200520095910.9，名为《电控多功能自动物品柜》的专利提出了一 种基于三坐标存取方式的自动化装置。该方案的主要不足是机械结构复杂、操作 界面缺乏人性化，特别是针对一种鞋柜，其设计忽视了鞋柜在使用上的一个特点， 那就是其内部存置鞋子的时间跨度比较长，有些鞋子可能是夏季的，有些则可能 是冬季的，对于存放时间比较长的情况，使用者很难记住所需鞋子的具体位置或 编号，这给操作带来麻烦。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种可视化的、操作方便、 人性化的自动存取鞋柜。本发明的基本功能是：使用者通过可视化触摸屏浏览鞋 柜中鞋子的图片或直接输入编号选择所需鞋子后，点击取鞋按键，控制系统根据 程序信息自动查询并控制三坐标导轨移动到存鞋位置取出鞋子后送到入鞋口并 自动打开柜门，使用者拿出鞋子即完成取鞋操作；存鞋时，使用者点击触摸屏的 存鞋按键，控制系统自动打开入鞋口柜门，使用者只需把鞋子置入入鞋口后关好 柜门，入鞋口上方的有/无鞋检测装置检测到鞋子存在后，控制系统自动启动拍 照系统读取鞋子的图像信息并编号，随后三坐标导轨根据程序指令把鞋子放入鞋 柜内任意空位即完成存鞋操作。
按照本发明提供的技术方案，一种可视化自动存取鞋柜主要由柜体、三坐标 导轨装置、取鞋装置和智能控制系统组成。
所述柜体主要为鞋子存放和机械机构动作提供空间，柜体从前到后分为两个 部分。后面部分主要是三坐标导轨装置的移动区域；前面部分用于存放鞋子，其 被分割为多个格子并编号，每个格子即为一个存鞋区域，其内部设置有可以移动 的鞋盒，鞋子存放在鞋盒内，三坐标导轨装置就是通过操作鞋盒来实现鞋子的存 取，鞋盒呈前低后高的梯形，以方便进出格子，鞋盒后面上部有固定的铁片，下 部底层为内空的；格子前面的柜门上设置有开门把手和鞋位置指示灯，柜门内侧 设置有占位检测光电开关，开门把手用于特殊情况下的手动存取操作，鞋位置指 示灯指示自动存取过程中的操作对象，占位检测光电开关用于检测此格子鞋盒内 是否有鞋，即此格子是否被占用；前部柜体的中间一侧设置有触摸屏和入鞋口； 触摸屏后面为控制系统硬件存放区，屏幕下方有三个指示灯，分别是零位指示灯、 有/无鞋指示灯和拍照指示灯，零位指示灯指示三坐标导轨是否在零位上，设置 零位的作用是消除三坐标导轨移动中的累计误差，有/无鞋指示灯指示入鞋口是 否有鞋子放置，拍照指示灯指示摄像头是否在执行拍照动作；入鞋口设置有柜门， 柜门上有柜门状态指示灯、电控门锁和检测门开关状态的接近开关，入鞋口内顶 部设置有摄像头、拍照照明灯和入鞋口有/无鞋检测光电开关。
所述三坐标导轨装置由X轴、Y轴和Z轴直线导轨组成，每轴直线导轨包 括滚珠丝杠、平衡导轨、步进电机、滑动模块、限位开关和固定附件组成，Z轴 和X轴的步进电机安装在各自导轨的一端，Y轴导轨的步进电机安装在其滑动 模块的下方以节省空间，滚珠丝杠连接步进电机，步进电机和控制系统连接，控 制系统发送命令控制步进电机旋转从而驱动滑动模块移动，限位开关检测各轴直 线导轨是否移动到末端，平衡导轨保证滑动模块移动的顺畅性。Z轴导轨实现上 下移动，Z轴的零位检测用接近开关安装于入鞋口正后方的柜体上；Z轴导轨的 滑动模块上安装有实现左右移动的X轴导轨，X轴导轨两端安装有限位开关， 其中右端的限位开关也作为X轴零位检测用接近开关；Y轴导轨实现前后移动， 其安装在X轴的滑动模块上，Y轴导轨的两端也安装有限位开关，其中靠近X 轴滑动模块的限位开关作Y轴的零位检测用接近开关，另一侧的限位开关主要 作保护用，以防止Y轴导轨移动范围超出而损坏柜体，Y轴滑动模块上留有安 装取鞋装置的螺丝孔。
所述取鞋装置主要作用是实现从鞋柜的格子中取出或放回鞋盒，取鞋装置安 装在Y轴导轨的滑动模块上，其和Y轴导轨滑动模块的连接孔前后可调，以保 证调试中取鞋装置零点的精确定位。取鞋装置上还包括承载板、V型夹紧铁片、 电磁铁和到位检测接近开关元件。承载板用于承载和移动鞋盒，V型夹紧铁片有 水平部分和竖直部分，其以两部分的结合点为轴可以转动，V型夹紧铁片的水平 部分具有弹性且表面粗糙，垂直部分不具有弹性；电磁铁通电吸引V型夹紧铁 片竖直部分以使其水平部分翘起从而使承载板夹紧鞋盒，到位接近开关用于判断 取鞋装置是否移动到位。
所述智能控制系统由硬件部分和软件部分组成。软件部分主要指实现图片浏 览、图像采集、图像处理、信息管理以及状态指示等功能的应用软件。硬件部分 包括：微电脑控制板、触摸屏、摄像头、拍照照明灯、各接近开关、各光电开关 和各种指示灯组成。微电脑控制板安装在触摸屏后方的柜体中，这样做的好处是 安装和维修方便；触摸屏安装在柜体柜适当高度的前面板上，以方便于使用者浏 览操作；摄像头、入鞋口有/无鞋检测光电开关以及拍照照明灯都安装于鞋柜下 部入鞋口内的正上方，摄像头用于记录鞋子图像，有/无鞋检测光电开关用于检 测入鞋口有无鞋子放置，照明灯由软件控制在拍照时点亮，为清晰拍照提供保障； 各种指示灯包括鞋位置指示灯和操作过程指示灯，鞋位置指示灯安装在柜体各格 子前面板上，其数量和格子数量相同，操作过程指示灯包括零位指示灯、入鞋口 柜门状态指示灯、拍照指示灯和有/无鞋指示灯；控制系统还包括XYZ三轴零位 检测接近开关、入鞋口柜门开关检测接近开关和取鞋装置移动到位检测接近开 关。另外，柜体各格子前面板内侧还设置有占位检测光电开关，其和鞋位置指示 灯配合工作以判断此格子是否被使用。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
(1)、本发明通过触摸屏管理、查询和浏览鞋柜内所有鞋子并进行选择，存 取过程全自动，操作省时省力。(2)、由于取鞋定位装置采用滚珠丝杠配合步进 电机结构，其动作精度高，故障率低。(3)、设计新颖，具有现代感，空间利用 率高，特别适合一些大型建筑中鞋子数量多的场合。
附图说明
图1是本发明正面结构示意图。
图2是本发明侧面结构示意图。
图3是本发明三坐标导轨结构示意图。
图4是本发明取鞋装置结构示意图。
图5是本发明入鞋口顶部图像采集系统示意图。
图6是本发明鞋盒结构示意图。
图7是本发明控制系统硬件结构示意图。
图8是本发明触摸屏界面示意图。
具体实施方式
下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：
本发明的主要组成部分包括：前部柜体1，后部柜体2，鞋位置指示灯3、 门把手4、占位检测光电开关5，触摸屏6、微电脑控制板7、零位指示灯8、有 /无鞋指示灯9、拍照指示灯10、入鞋口门状态灯11、入鞋口门接近开关12、电 控门锁13、入鞋口鞋盒检测接近开关14、鞋盒15、Z轴零位检测用接近开关16、 取鞋装置17、电源线18、电源开关19、Z轴滚珠丝杠20、Z轴平衡导轨21、Z 轴步进电机22、Z轴上限位开关23、Z轴下限位开关24、Z轴滑动模块25、X 轴滚珠丝杠26、X轴平衡导轨27、X轴步进电机28、X轴左限位开关29、X轴 零位检测用接近开关30、X轴滑动模块31、Y轴滚珠丝杠32、Y轴平衡导轨33、 Y轴步进电机34、Y轴零位检测用接近开关35、Y轴前限位开关36、Y轴滑动 模块37、固定螺丝38、承载板39、电磁铁40、到位检测接近开关41、V型夹 紧铁片42、鞋盒内空区43、鞋盒稳定铁片44、入鞋口有/无鞋检测光电开关45、 摄像头46和拍照照明灯47。触摸屏6的操作界面主要包括：功能菜单48、图片 选择键49和50、编号输入框51、存鞋按键52和取鞋按键53。
本发明具体实施前的准备工作：在鞋柜各格子中放置好鞋盒15，关闭入鞋 口柜门，并确保其内部不放置鞋盒15。保证控制系统各元件的正确连接，以微 电脑控制板7为核心和其相连的元件有触摸屏6、电控门锁13、电源线18、电 源开关19、Z轴步进电机22、X轴步进电机28、Y轴步进电机34、电磁铁40、 摄像头46、拍照照明灯47以及各种检测元件和指示灯。检测元件有占位检测光 电开关5，入鞋口门接近开关12、入鞋口鞋盒检测接近开关14、Z轴零位检测 用接近开关16、Z轴上限位开关23、Z轴下限位开关24、X轴左限位开关29、 X轴零位检测用接近开关30、Y轴零位检测用接近开关35、Y轴前限位开关36、 到位检测接近开关41和入鞋口有/无鞋检测光电开关45；指示灯有鞋位置指示灯 3、零位指示灯8、有/无鞋指示灯9、拍照指示灯10和入鞋口门状态灯11。
本发明具体实施的开机步骤为：把电源线18插入室内插座，打开鞋柜电源 开关19，系统上电后首先采集各检测元件信号，并根据所得结果驱动相应的指 示灯，鞋位置指示灯3亮表示对应位置已被使用，有/无鞋指示灯9亮表示入鞋 口内有鞋子放置、拍照指示灯10亮表示系统正在执行拍照程序、入鞋口门状态 灯11亮表示入鞋口柜门正确关闭，零位指示灯8亮表示取鞋装置17处于零位， 此时系统可随时开始工作，不亮表示取鞋装置不在零位，此时微电脑控制板7 执行寻零程序，依次控制X轴步进电机28、Y轴步进电机34和Z轴步进电机 22工作，步进电机再驱动各轴滚珠丝杠旋转带动滑动模块移动，直到各轴移动 到零点位置，即分别触发X轴零位检测用接近开关30、Y轴零位检测用接近开 关35和Z轴零位检测用接近开关16信号有效，此时零位指示灯8点亮。
存鞋过程实施例：在入鞋口柜门关好状态下，此时入鞋口门状态灯11亮， 点击触摸屏6的存鞋按键52，随后微电脑控制板7执行程序查询各占位检测光 电开关5的状态，并按格子序号大小选择其中一个未被使用的格子(如：1号)， 接着微电脑控制板7驱动Z轴步进电机22工作，Z轴步进电机22带动Z轴滚珠 丝杠20旋转使Z轴滑动模块25上移到1号格子对应的高度，然后微电脑控制 板7驱动X轴步进电机28工作，X轴步进电机28带动X轴滚珠丝杠26旋转使 X轴滑动模块31向左移到1号格子的正后方，再接着，微电脑控制板7驱动Y 轴步进电机34工作，Y轴步进电机34带动Y轴滚珠丝杠32转动并使Y轴滑动 模块37向前移动，使承载板39和V型夹紧铁片42的水平部分伸入鞋盒15的 内空区43内，待到位检测接近开关41检测到取鞋装置17移动到位后，微电脑 控制板7发出指令使电磁铁40通电，磁力吸引鞋盒15后面的鞋盒稳定铁片44 和取鞋装置17连接牢固，同时也吸引V型夹紧铁片42的竖直部分动作从而使 其水平部分翘起，其产生的楔力使承载板39加紧鞋盒15，随后微电脑控制板7 按照前面三轴导轨移动的反方向回到零位，接着再驱动Y轴导轨滑动模块37带 动取鞋装置17前移，直到入鞋口鞋盒检测接近开关14检测的鞋盒15移动到位， 从而微电脑控制板7发出命令给电控门锁13打开入鞋口柜门，使用者把鞋子放 入入鞋口的鞋盒15内并关好柜门，再然后，入鞋口门接近开关12检测到柜门关 好后发送信号给微电脑控制板7，同时入鞋口有/无鞋检测光电开关45检测到有 鞋子放置后也发送信号给微电脑控制板7，随后微电脑控制板7发出信号点亮拍 照照明灯47，并启动摄像头46开始进行图像采集，信号采集结束后，鞋子图像 信息被保存并编号，同时触摸屏6显示编号号码，然后，微电脑控制板7再依次 控制XYZ轴导轨移动把放有鞋的鞋盒15放回到1号格子的位置，最后，XYZ 三轴导轨再回到零位以准备下一次操作。
取鞋过程实施例：使用者轻触触摸屏6使其从屏幕保护程序中唤醒，出现图 8所示操作界面，使用者操作菜单48按类型选择鞋型，再点击上一个按钮49或 下一个按钮50选择鞋子，也可直接在编号输入框51中直接输入鞋子编号，待屏 幕出现所选鞋子图片后，点击取鞋按键53，微电脑控制板7收到取鞋信号后， 根据所选鞋子保存信息查询其所放置的格子编号(如：1号)，随后微电脑控制 板7驱动Z轴步进电机22工作，Z轴步进电机22带动Z轴滚珠丝杠20转动并 使Z轴滑动模块25上移到1号格子对应的高度，然后微电脑控制板7驱动X轴 步进电机28工作，X轴步进电机28带动X轴滚珠丝杠26转动并使X轴滑动模 块31向左移到1号格子的正后方，微电脑控制板7再驱动Y轴步进电机34工 作，Y轴步进电机34带动Y轴滚珠丝杠32转动并使Y轴滑动模块37向前移动， 使承载板39和V型夹紧铁片42的水平部分伸入鞋盒15的内空区43内，待到 位检测接近开关41检测到取鞋装置17移动到位后，微电脑控制板7驱动电磁铁 40工作，磁力吸引鞋盒15后面的鞋盒稳定铁片44和取鞋装置17连接牢固，同 时吸引V型夹紧铁片42的竖直部分使其水平部分翘起，楔力使承载板39加紧 鞋盒15，随后微电脑控制板7按照前面三轴导轨移动的反方向回到零位，接着 再驱动Y轴导轨滑动模块37带动取鞋装置17前移，直到入鞋口鞋盒检测接近 开关14动作，收到动作信号后微电脑控制板7发出命令给电控门锁13打开入鞋 口柜门，使用者取出鞋子完成取鞋操作。最后，微电脑控制板7再依次控制XYZ 三轴导轨回到零位为下一次操作做好准备。