办公用自动存取储物柜的机械臂设计

陈思佳 李雅萌

摘  要：机械臂也称为工业机器人，在现代的工业生产中有着巨大的作用。如今，各种实用的自动化机械纷纷进入我们的工作生活中，极大地提高了我们的生活水平与工作效率。由于人口的激增，对于空间的利用有了更高的要求，为了能够更好提高空间利用率，探讨应用于办公用自动存取储物柜中，基于arduino单片机，实现自动存储、提取等功能的机械臂设计。

关键词：机械臂;arduino;步进电机;储物柜

中图分类号：TH692         文献标志码：A         文章编号：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 产品意义

如今，各种实用的自動化机械纷纷进入人们的生活工作中，给我们带来了极大的便利。随着人口的增加，土地的日益减少，空间变得越来越狭窄，对存储空间要求也越来越多。

目前办公用的储物柜，为了方便存取物品高度一般在2米2以内，这样室内上层空间得不到利用。另外对于存放较重质量的情况下，人工存取也不是十分便利。我们设计的办公用自动存取柜借鉴了现在大型物流仓储中心所使用的自动化立体库的设计思路，将机械臂运用在储物柜中，大大减少了存取时间，同时提高了空间利用率和工作效率。

2 储物柜的整体设计方案

2.1 功能分析与实现

2.1.1 功能分析

而办公用自动存取柜利用机械臂存取物品，有效利用空间，避免了高处物品存取困难的问题，利用电子扫描与触摸电子屏的记录和查找功能，达到省时的目的，将所需物品快速找到，对办公用品起到了整理，安置的作用。

2.1.2 功能实现

本储物柜的基本款式高度为3米，宽为0.5米，每一储物格宽为0.5米，一列放置6个储物盒，每个储物柜利用支撑架放置储物盒。

需存放物品时，在触摸屏选择相对应的储物盒并确定，机械臂会将指定盒子移至适当高度，方便存放;当需取出物品时，在触摸屏中查询找到相对应的储物盒并确定，利用机械臂将储物盒移至适当高度，方便取出。

2.2 移动装置的设计

移动主要分两方面：横向移动和纵向移动。

利用丝杠，导轨，滑块的机构，在步进电机的驱动下实现纵向移动;利用梯形齿带及带轮，导轨，滑块的机构，在步进电机的驱动下实现横向移动。

2.3 自动存取物品设计

自动存取物品的功能由机械臂实现。在存放物品时，将机械臂移动至指定储物格，将储物盒送入格中;在取出物品时，先将机械臂伸入储物格，将储物盒抬起，移出柜体，到达指定位置。

2.3.1 机械臂功能设计

在设计该机械臂时，我们考虑到需要方便，节省空间，该机械臂可以左右移动，存取装置可以上下移动。因为该机械臂是用于存取储物盒，且储物盒是固定不动的，所以我们需要将所需的储物盒抽出。

因此，我们所设计的机械臂分为两部分，由滑轨连接，在存取时不会影响其他的储物盒;因为要提高空间的利用率，我们借鉴了高铁，飞机上的小桌板可收起的功能，在闲置时，可以将机械臂垂直收起，在使用时放置水平，如图2所示。

2.3.2 机械臂结构设计

机械臂主要由上下两部组成，固定部分及可移动部分。考虑经济成本，我们将机械臂做成镂空，既可以节约成本，又可以使储物格放置更加稳固。

2.4 控制系统的设计

我们利用arduino作为主控系统，利用步进电机驱动器作为辅助系统，利用触摸屏作为输入，从而实现了方便存取，安全快捷的功能，提高工作效率与生活水平。

3 机械臂的优点与不足

3.1 优点

（1）利用单片机作物核心主控系统，自动化程度提高;

（2）利用机械臂取物，提高了空间利用率，减少不必要的损伤。

3.2 不足

传动装置是利用丝杠和皮带与带轮，会有一定的误差，机械臂装置的摩擦力不够需要增加摩擦力。

4 结束语

该机械臂的设计主要希望有效避免高处物品易存取且存在安全隐患，暗箱易忘等问题。因此，我们利用arduino单片机与机械臂的相互配合，通过软件与硬件的集合调试，实现自动存取物品的功能。

在设计过程中，涉及到了单片机、控制系统理论等知识，通过对机械臂的设计、程序的编写实现整体的运作，对所设计的产品有了从二维到三维的认识。

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