CN109719716A - 一种用于无人商店的机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无人商店的机械手，包括固定水平导轨、固定水平导轨马达、移动竖直导轨旋转马达、移动水平导轨马达、移动竖直导轨马达、移动水平导轨、移动竖直导轨、机械手控制器、机械手终端抓取机构、固定水平导套、移动水平导套、移动竖直导套，其中固定水平导轨马达驱动移动水平导轨在固定水平导轨上移动，移动水平导轨马达驱动移动竖直导轨在移动水平导轨上移动，移动竖直导轨马达驱动机械手终端抓取机构在移动竖直导轨上移动，机械手运动程式根据顾客订单自动生成只执行一次。采用上述技术方案的有益效果是：通过仿照贴片机的原理来设计出一个机械手，可以把商品从货架拿到取物处给顾客，使商店销售真正做到无人看守。

Description

一种用于无人商店的机械手

技术领域

本发明涉及无人商店技术领域，特别涉及一种用于无人商店的机械手。

背景技术

最早商店卖货都是有人的，有一个柜台，要买什么东西就告诉售货员，售货员就拿什么东西，买卖都在柜台上完成的，顾客是不能进到商店里面去的；后来搞成大卖场、超市，人们可以进去选东西，出来再买单；再后来有人搞无人商店，让顾客去自己选商品再自己去买单；也有的商店，把商品上贴上什么感应标签的，是可以自动感应出什么商品及其价格，顾客自己自觉买单。目前市场上已经出现了一种自动售货机，这种售货机只能销售很少的商品，也就是几种，十几种吧，根本满足不了人们日常生活的需要，医院里也有一种自动取药机，那也是只能取几种药而已，完全不能称为无人商店。

最早商店是有售货员拿商品出来在柜台上交易的，做一个机械手设备代替这个售货员就好啦，这样就能开个无人商店了。现在科技很发达，做个这样的机械手也是很容易的。这个机械手设备就从SMT设备(也就是电子工厂里的贴片机)里提炼出来的，下面简单地介绍一个SMT设备：

SMT设备是把各种不同的物料，主要是一些很小的电子原件，有的很小，元件201，只有一个毫米，把这些小物料拿起来，放到主板的各种不同的位置上去，再去过高温锡炉，等上面沾满锡，温度降下来后这些电子原件就牢牢地固定在上面，当然各个物料的位置和需要贴到主板上去的位置都要在电脑里事先设置好的，并且贴的顺序也是事先设置好的。每个主板有几百个甚至有几千个电子元件，SMT设备都能把这些准确无误地拿起来放到该放的地方去。这个设备尺寸的精度很高，能达到千分之一毫米，自然地这个设备很贵了，贵的有200万人民币一台的，也有精度要求不高的，便宜的有2万人民币一台的。这个设备主要是靠那个伺服马达来实现从数值参数(在电脑等设备里只需输入一个数值)到距离(机械手就运动这么一个距离)的转换，也就是说当给出一个要运动的数值，伺服马达就会按照要求运动，直至达到目的地。这个方式也就是多对多的方式，即在送料处把多种物料拿起来，送到主板上各个不同的位置上去。因为一个主板上有几百个或者上千个零件，贴完这些零件总的时间又不能太长，所以这个贴片机贴起元件时，机械手运动的速度很快，快到几乎看不清机械手的运动，故这个设备的效率也很高。还有一种用伺服马达做的机械设备，注塑机，这种注塑机没有油缸，只有伺服马达驱动，这种注塑机比那种有油缸的注塑机还要精密，一个注塑机注塑量到一克的一百分之一都能精确得到，调各种参数时，每设定一个数值，马达就会按数值运动到不同的位置.日常用的电梯也是由伺服马达驱动的，每按一个数字按钮，电梯就会在对应的楼层停下来，这个也是把数字转换成不同的位置的例子，不过把电梯运动位置的参数换成楼层了。

这个伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，也就是说它随时把信号传给系统，同时把系统给出的信号来修正自己的运转,这样就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度，所以伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)，可以根据商店需要来确定线数。

这个机械手的原理、方法都有了，大小就不成问题了，同时根据这个多对多的方式，即把多个位置上的每个物品拿起来，可以放到多个不同的位置的任何一个位置上去，就可以确定把这种机械手应用到无人商店里去。这个SMT设备在电子工业世界里都用了几十年了，技术都已经很成熟了。电子元件那么小的都没有问题，对于这个有电子元件100倍大的日常用品就更没有问题了，所以这种伺服马达做的机械手在用在无人商店上是没有问题的。

只需要对SMT设备里贴片部分进行优化，就可以设计出一种用于无人商店的机械手，这个机械手的精度要远远低于这个SMT贴片机注塑机的，拿一个商品，误差不超过一个厘米都没事。京东，顺丰等企业在分拣包裹时用了那么多的小机器人在来来回回地跑，网络上还称为中国的一大创举，实际上用这个机械手更合适，成本更低，更简单。顾客扫贴在商品上的本店二维码后或者通过其他设备输入所购买商品的信息，商店系统里控制器就会收到商品信息，就把商品信息传输给在仓储区内的机械手，等顾客付款后，机械手就去把在仓储区内这个按照系统指定位置放置的商品(仓储区里的商品可以不贴二维码)拿到系统指定的取物处，顾客就可以通过手机平板等设备把取物处的门打开，就可以把所买的商品取走了。

有用到这个机械手的无人商店在空间上分为操作区和仓储区，操作区主要是摆放所要售卖的商品，供客户选择扫码用，仓储区主要是存放所售卖的商品，仓储区和操作区是分开的，客户只能在操作区看商品，扫码，不能进入仓储区的。当客户在操作区看到商品后，想购买，就拿手机或者其他扫码设备来扫贴在商品上的本店二维码，想购买商品的信息就通过手机或平板等网络(3G,4G,5G,Wifi,BT等等)传到该商店的控制器，控制器就通过这个伺服马达机械手去拿这些商品放到取物处，客户去取物处拿商品就可以了。由于这个机械手精度要求可以不高，经过很多次运行后，累计的误差可能会有些大，所以要指定一个取物处为基本原点，当机械手运动到这里时，机械手系统就会自动把位置信息归零，一切从头计算，误差就清零了。有的一个商店有两个操作区，因为仓储区内商品摆放是一排一排的，在一排排货架的两端都可以设置成一个操作区。商店概略如图1，其中注释1表示操作区，2表示储货架，3表示仓储区，4表示机械手，5表示商店墙壁，6表示商品导槽，7表示货架承重柱，8表示控制器,9表示取物处，10表示展示柜是操作区摆放商品的地方。由此可见该无人商店系统由这几部分组成，操作区(操作区内商品都要贴上本店的二维码和价格)，仓储区(仓储区内商品严格按所录入位置摆放)，机械手，取物处，控制器等组成，注释10展示柜和注释6是商品导槽，这两个在有的无人商店可以没有的。

操作区里展示的商品摆放也有一定的讲究，日常用品消耗多的要摆放在显眼的地方，日常用的较少的商品可以放在角落里，并按种类分清楚摆放，如纸品要放在一起，饮料也归为一大类，单独放在一起，食品类也单独放在另一个地方，个别消耗大的可以多摆几个同样的，以便多个客户扫码，等等都要分类放置,如图2，注释里11表示行的标识(行数)，12表示列的标识(列数)，13表示的二维码，14表示的是商品的标签。操作区设置多个取物处，可供多人同时购物，基本上在操作区下面最下面的一层都是取物处，每个顾客在手机上扫码后买单完了，系统就通过手机通知顾客在哪个取物处取商品，等顾客到了这个取物处时，就在手机里开关设置里打开取物处，就可以把所购的商品去走了。之所以要在手机里设置取物处的开关，就怕这个顾客的商品被别的顾客拿走了。取物处的开关是由系统供电的电磁阀控制的，当取物处的门关闭时，电磁阀会挡住取物处拉不出来，只有通过顾客的手机里点击打开这取物处，电磁阀抽回去，顾客才能把取物处拉出来取走商品。除了可以用手机扫码购物外，顾客也可以通过操作区内其它的购物设备来购物，这种设备和商店里面总控制器相连，通过这个设备购买的商品也会传送到总控制器，也会完成购物的。这个设备就叫做购物设备，顾客通过它来购买商品的。

仓储区的商品摆放要严格按照录入系统的位置摆放，可以先把系统里各个商品位置设置好，再摆放好商品，每种商品都一个或多个存放的位置，系统录入的位置是机械手拿这个商品的位置，每得到信息，机械手就来拿这个商品，机械手只根据位置来拿商品，机械手本身不会分辨出商品的种类，摆放在这里的就是这个商品；也可以先把商品摆放好，再把商品摆放的位置精确地输入到系统里去，输入商品位置时，可以先按坐标系计算测量出数值，然后在电脑里输入，也可以直接把机械手的移到商品的位置，按下按键记录位置，并对这个位置的商品扫码也把商品的种类输入，这样就能建立商品和位置的关系，比从电脑里输入要简单些。之所以要先输入商品的位置到系统里去，就是在控制器里对这些数值(商品位置坐标)做个预处理，以后在购买商品时，只输入商品的信息就可以了(可以认为这个信息就是一个编码，编号，而不再是位置的坐标信息，就像做了个底层软件一样的)，不用再输入商品的坐标位置信息。这就做了个转换，对于顾客来讲，购物就容易多了。对于有保质期的商品，商品的存放更要有先后顺序的，区分先放的商品和后放的商品，尤其是在补充货物时，要做到先进来的商品和后进来的商品分开，必须做到先进先出。仓储区放置商品的槽可以做成斜坡式的槽，让商品自动滑移补充到机械手取物的位置,矿泉水之类的能自动滑移，但是纸巾等轻的商品就不能自动滑移，可以在纸巾上加一个重的压块使其能自动滑移，如图3，其中注释里15表示的是压块，16表示斜坡式槽，17表示槽前面的一段水平部分，18表示货物槽前面的挡板部分。这样商店可以做到每天花一个小时左右时间补充货物，或者做到几天来花一个小时左右时间补充一次货物，顾客如有问题，可以按通知上说的补货时间来商店找工作人员处理，如退货等问题，大型商店也可以安排一个人来在某时间段(如在工作时间8:00-18:00)值班，处理异常和退货问题。机械手也要定期检修，如加润滑油等，尤其注意定期更换那些容易磨损的元件。

当顾客扫码后，在其手机上就打开一个连接或者界面，并出现选购本店商品的种类数量价格之类的信息，待顾客选定后，接下来是继续购买或者买单，待顾客买完所需商品后，就买单，就提示是用微信付款还是支付宝付款或是其它方式，选定后就从里面扣款，接着就提示顾客你所买的商品在第几号取物处，待商品都拿到取物处后，系统就提示顾客你可以打开取物处的门，顾客在手机里点击打开取物处的门，就能拿走所买的商品了。顾客取走商品后，取物处自动归回原先状态。每个订单只拿到一个取物处里，有顾客一次购物太多或者大小不一的，可以分成几个订单来处理。

这样商店有很多优点:1；可以节省人力，少雇佣员工。2；可以一周七天销售商品，可以24小时销售商品。3；可以减少管理成本，因为有员工偷懒等等，大大减少这方面的管理成本。4；可以少装修一些店面，大大节省装修成本。5；可以只在操作区开冷气，节省成本。6；可以大大地节省空间，仓储区可以堆积更密集些。7；可以节省顾客的购物时间。8；可以搞很多个取物处，这样购物时买单就不用排队等候了，这个瓶颈就消失了，另外无人商店很容易做到标准化,很好管理的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于无人商店的机械手，解决无人商店自动取货的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种用于无人商店的机械手，所述机械手放置在商店储货架的上方，包括固定水平导轨、固定水平导轨马达、移动竖直导轨旋转马达、移动水平导轨马达、移动竖直导轨马达、移动水平导轨、移动竖直导轨、机械手控制器、机械手终端抓取机构、固定水平导套、移动水平导套、移动竖直导套，其中固定水平导轨上安装有固定水平导套，固定水平导套上安装有移动水平导轨，移动水平导轨安装有移动水平导套，移动水平导套上安装有移动竖直导轨，移动竖直导轨上安装有移动竖直导套，移动竖直导套上安装有机械手终端抓取机构，固定水平导轨马达驱动移动水平导轨在固定水平导轨上移动，移动水平导轨马达驱动移动竖直导轨在移动水平导轨上移动，移动竖直导轨马达驱动机械手终端抓取机构在移动竖直导轨上移动，移动竖直导轨旋转马达驱动移动竖直导轨旋转来调换机械手终端抓取机构的抓取方式，机械手控制器与固定水平导轨马达、移动竖直导轨旋转马达、移动水平导轨马达、移动竖直导轨马达电路连接，所述机械手控制器根据顾客订单自动生成机械手运动程式，所述机械手控制器生成运动程式的依据包括重量、体积、长度，所述机械手运动程式只执行一次。

优选的，机械手的移动水平导轨在固定水平导轨上能移动的最大距离L1，0.1米＜L1＜500米。

优选的，机械手的移动竖直导轨在移动水平导轨上能移动的最大距离L2，0.1米＜L2＜500米。

优选的，机械手终端抓取机构在移动竖直导轨上能移动的最大距离L3，0.1米＜L3＜100米。

优选的，机械手的固定水平导轨马达和移动水平导轨马达非同时运动，即当固定水平导轨马达运动时移动水平导轨马达停止，当移动水平导轨马达运动时固定水平导轨马达停止,移动竖直导轨旋转马达、移动竖直导轨马达与固定水平导轨马达可以同时运动，移动竖直导轨旋转马达、移动竖直导轨马达与移动水平导轨马达可以同时运动。

优选的，机械手的运动程式是机械手控制器根据顾客订单而自动生成的。

优选的，机械手的运动程式是只执行一次，不重复执行的。

优选的，机械手的运动程式是多对多的程式，即把多个位置上的每个物品拿起来，可以放到多个不同的位置的任何一个位置上去。

优选的，机械手固定水平导轨与仓储区的储货架、取物处之间的位置是固定的。

优选的，机械手控制器生成运动程式的依据包括重量、体积、长度。

优选的，机械手控制器包括联网模块、处理器模块、存储器模块，处理器模块与联网模块、存储器模块电性连接，联网模块与固定水平导轨马达、移动竖直导轨旋转马达、移动水平导轨马达、移动竖直导轨马达、机械手终端抓取机构里电磁阀电性连接。

优选的，机械手使用的马达为伺服马达或步进电机，所述伺服马达都带马达伺服驱动器。

采用上述技术方案的有益效果是：通过仿照贴片机的原理来设计出一个三个导轨构成的机械手，用在无人商店里，可以把商品从货架拿到取物处给顾客，使商店销售真正做到无人看守,机械手的移动水平导轨设置在储货架上方，可以拿取多个货架上的商品。

附图说明

图1为单个机械手的无人商店的立体图；

图2为操作区展示柜示意图；

图3为货架内部剖视图；

图4为机械手的立体图；

图5为多腔室负压吸头的立体图；

图6为多腔室负压吸头的分解图；

图7为机械手终端抓取机构的立体图；

图8为吸取式取物结构的立体图；

图9为无人商店总控制器接线示意图；

图10为机械手控制器接线示意图。

图中，1-操作区，2-储货架，3-仓储区，4-机械手，5-商店墙壁，6-商品导槽，7-货架承重柱，8-控制器,9-取物处，10-展示柜，11-行的标识，12-列的标识，13-二维码，14-标签，15-压块，16-斜坡式槽，17-槽前面的一段水平部分，18-货物槽前面的挡板部分，19-固定水平导轨，20-固定水平导轨马达，21-移动水平导轨，22-移动竖直导轨旋转马达，23-多腔室负压吸头，24-移动竖直导轨，25-移动水平导轨马达，26-夹取部位，27-移动竖直导轨马达，28-固定水平导轨皮带，29-马达皮带在这里与运动的轴是锁死的，30-机械手控制器，31-机械手终端抓取机构，32-固定水平导轨转轴,33-移动水平导轨转轴,34-移动竖直导轨旋转转轴，35-移动竖直导轨转轴，36-移动竖直导套，37-固定水平导套,38-移动水平导套,39-移动水平导轨皮带,40-移动竖直导轨皮带,41-移动竖直导轨旋转皮带，42-软胶，43-多腔室体，44-吸头电磁阀，45-型芯，46-侧板，47-导轨套固定板，48-多腔室体气孔，49-气槽，50-型芯气孔，51-夹子电磁阀,52-商品夹板，53-减压夹板，54-夹子电磁阀夹板，55-第一转轴，56-第二转轴，57-夹子侧板，58-夹子安装板，59-吸头安装板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照附图，一种用于无人商店的机械手，所述机械手放置在商店储货架2的上方,机械手的移动水平导轨21设置在储货架2上方，可以拿取多个储货架2上的商品，包括固定水平导轨19、固定水平导轨马达20、移动竖直导轨旋转马达22、移动水平导轨马达25、移动竖直导轨马达27、移动水平导轨21、移动竖直导轨24、机械手控制器30、机械手终端抓取机构31，其中固定水平导轨19上安装有固定水平导套37，固定水平导套37上安装有移动水平导轨21，移动水平导轨21安装有移动水平导套38，移动水平导套38上安装有移动竖直导轨24，移动竖直导轨24上安装有移动竖直导套36，移动竖直导套36上安装有机械手终端抓取机构31，固定水平导轨马达20驱动移动水平导轨21在固定水平导轨19上移动，移动水平导轨马达25驱动移动竖直导轨24在移动水平导轨21上移动，移动竖直导轨马达27驱动机械手终端抓取机构31在移动竖直导轨24上移动，移动竖直导轨旋转马达22驱动移动竖直导轨24旋转来调换机械手终端抓取机构31的抓取方式，机械手控制器30与固定水平导轨马达20、移动竖直导轨旋转马达22、移动水平导轨马达25、移动竖直导轨马达27电路连接，所述机械手控制器30根据顾客订单自动生成机械手运动程式，所述机械手运动程式只执行一次。

具体实施例中，马达和导轨之间传动用皮带连接，这种情况如下：

固定水平导轨19上安装有固定水平导套37、固定水平导轨马达20、固定水平导轨转轴32，固定水平导轨马达20、固定水平导轨转轴32之间套有固定水平导轨皮带28，固定水平导轨皮带28与固定水平导套37以螺钉连接，固定水平导套37上安装有移动水平导轨21、移动水平导轨马达25、移动水平导轨转轴33，移动水平导轨马达25、移动水平导轨转轴33之间套有移动水平导轨皮带39，移动水平导轨皮带39与移动水平导套38以螺钉连接，移动水平导轨21上安装有移动水平导套38，移动水平导套38上安装有移动竖直导轨24、移动竖直导轨马达27、移动竖直导轨旋转马达22，移动竖直导轨马达27、移动竖直导轨转轴35之间安装有移动竖直导轨皮带40，移动竖直导轨旋转马达22与移动竖直导轨旋转转轴34之间安装有移动竖直导轨旋转皮带41，移动竖直导轨皮带40与移动竖直导套36以螺钉连接，移动竖直导轨24安装有移动竖直导套36、移动竖直导轨转轴35、移动竖直导轨旋转转轴34，移动竖直导套36上安装有机械手终端抓取机构31。

固定水平导轨19、移动水平导轨21、移动竖直导轨24为非圆形的时候，固定水平导轨19、移动水平导轨21、移动竖直导轨24各只需要一条就可以了；固定水平导轨19、移动水平导轨21、移动竖直导轨24为圆形的时候，圆形的导轨就需要至少两条才能使用。

具体实施例二中，马达和导轨之间传动用丝杠连接，这种情况如下：

固定水平导轨19上安装有固定水平导套37、固定水平导轨马达20，固定水平导套37与固定水平导轨马达20以螺钉连接并一起运动，固定水平导轨马达20、固定水平导轨19之间以丝杆螺纹传动连接，固定水平导套37上安装有移动水平导轨21，移动水平导轨21上安装有移动水平导套38、移动水平导轨马达25，移动水平导轨马达25与移动水平导轨21之间以丝杆螺纹传动连接，移动水平导套38与移动水平导轨马达25以螺钉连接并一起运动，移动水平导套38上安装有移动竖直导轨24、移动竖直导轨旋转马达22，移动竖直导轨24上安装有移动竖直导套36、移动竖直导轨马达27、移动竖直导轨旋转转轴34，移动竖直导轨马达27、移动竖直导轨24之间以螺钉连接并一起运动，移动竖直导轨旋转马达22与移动竖直导轨旋转转轴34之间安装有移动竖直导轨旋转皮带41，移动竖直导套36上安装有机械手终端抓取机构31。所述固定水平导轨19、移动竖直导轨24、移动水平导轨21是由两条圆棒组成，就如导轨外加一个带螺纹的圆棒来计量运动的距离一样，所述固定水平导轨马达20、移动竖直导轨马达27、移动水平导轨马达25均在其转轴上外接一个带螺纹的传动件，所述传动件的螺纹与导轨螺纹匹配，其中一条圆棒上设有与驱动马达匹配的螺纹，带有螺纹的导轨与马达上带螺纹的传动件以螺纹传动连接。这种方式丝杠不转动，靠马达转动来驱动导套运动。

这个丝杆传动还有另外一种方式，就是马达的转轴与丝杠固定连接，丝杠与导轨平行放置，导套上设置有与丝杠外螺纹匹配的内螺纹，导套与丝杠以螺纹连接。这种方式丝杠转动，而导套不能转动，因为有另外的导轨限制，连接关系如下：

固定水平导轨19上安装有固定水平导套37、固定水平导轨马达20、固定水平丝杠，固定水平导轨马达20的转轴与固定水平丝杠同中心轴线固定连接，固定水平导套37与固定水平丝杠以螺纹连接，固定水平导轨19与固定水平丝杠平行放置，固定水平导套37设有固定水平丝杠孔和固定水平导轨孔，固定水平丝杠孔设有与固定水平丝杠外螺纹匹配的内螺纹，固定水平导轨孔无螺纹，固定水平导套37上安装有移动水平导轨21、移动水平丝杠、移动水平导轨马达25，移动水平导轨21上安装有移动水平导套38，移动水平导轨马达25与移动水平丝杠之间同中心轴线固定连接，移动水平导套38设有移动水平丝杠孔和移动水平导轨孔，移动水平丝杠孔设有与移动水平丝杠外螺纹匹配的内螺纹，移动水平导轨孔无螺纹，移动水平导套38上安装有移动竖直导轨24、移动竖直导轨旋转马达22、移动竖直丝杠、移动竖直导轨马达27，移动竖直丝杠与移动竖直导轨马达27同中心轴线固定连接，移动竖直导轨24上安装有移动竖直导套36、移动竖直导轨旋转转轴34，移动竖直导套36设有移动竖直丝杠孔和移动竖直导轨孔，移动竖直丝杠孔设有与移动竖直丝杠外螺纹匹配的内螺纹，移动竖直导轨孔无螺纹，移动竖直导轨旋转马达22与移动竖直导轨旋转转轴34之间安装有移动竖直导轨旋转皮带41，移动竖直导套36上安装有机械手终端抓取机构31。

丝杠的传动效果与皮带是一样。所以在一个机械手里可以在固定水平导轨19、移动竖直导轨24、移动水平导轨21里选择1个或2个使用丝杠传动形式，其余用皮带传动的方式，即一个机械手里有两个传动方式，混合的，也是可以的。

接着还以皮带传动为例来说明这个机械手，如图4，19表示固定水平导轨(固定水平导轨有时用两根)，20表示固定水平导轨马达，21表示移动水平导轨，22表示移动竖直导轨旋转马达(这个主要是用吸附取物还是夹紧取物的转换)，23表示机械手终端抓取机构31的多腔室负压吸头，24表示移动竖直导轨，25表示移动水平导轨马达，26表示机械手终端抓取机构31里的夹取部位，27表示移动竖直导轨马达，28是固定水平导轨皮带，29表示马达皮带在这里与运动的轴是锁死的，30表示机械手控制器，L1表示机械手的移动水平导轨21在固定水平导轨19上能移动的最大的距离，L2表示机械手的移动竖直导轨24在移动水平导轨21上能移动的最大的距离，L3表示机械手终端抓取机构31在移动竖直导轨24上能移动的最大的距离。这个机械手主要是有机械手控制器30，固定水平导轨19，移动水平导轨21，移动竖直导轨24这3个大件以及机械手终端抓取机构31等组成，每个导轨里有一个伺服马达(也可以用其它类型的电机，这里主要讲伺服电机)，皮带或者丝杠(测量距离用)，共有3个(有的有4个或者更多)伺服马达和皮带或者丝杠(带丝杠的比带皮带的要精确些)。这个机械手移动的距离要比贴片机里要大要长，3个轴里移动的距离长的有50米的30米的10米的5米的等等，一般说来，把固定水平导轨19固定在地上或墙壁上，一般会在最上边或最下边，确定好机械手运动的起点位置，以及机械手水平运动X轴方向和Y轴方向，那竖直方向就是Z轴了，建立一个坐标系，再把各个商品在这个坐标系(3维坐标)里的坐标输入系统里去，这些坐标都要在机械手运动的范围之内，不能弄的机械手够不着的。有时为了节省空间，货架高度直至屋顶。机械手终端抓取机构31分为夹取式部分和吸取式部分，夹取式就是用机械手的夹子去夹取商品，吸取式就是靠负压来吸取商品的，这两种要根据不同商品来使用，矿泉水，啤酒等要用夹取式，方便面，饼干等要用吸取式的。当控制器接到购物信息后，控制器就会对各个马达的伺服驱动器发出指令，各个马达都会立即转动起来，在图4中，机械手终端抓取机构31的X轴方向移动是靠注释25的马达拉动移动竖直导轨24在移动水平导轨21上移动来实现的，机械手终端抓取机构31的Y轴方向移动是靠注释20的马达拉动移动水平导轨21在固定水平导轨19上移动来实现的，机械手终端抓取机构31的Z轴方向移动是靠注释27的马达拉动机械手终端抓取机构31在移动竖直导轨24上移动来实现的，通过这三个方向上移动，机械手终端抓取机构31就能在摆放商品的空间上全覆盖地移动，就能到达商品的摆放位置，就拿走所需商品并送到取物处里去；机械手的移动竖直导轨24顶端有移动竖直导轨旋转马达22，是用来切换夹取式取物和吸取式取物的；夹取式取物的结构里有一个夹子电磁阀51，是实现夹取和松开动作的，夹子电磁阀51与夹子连接，夹子电磁阀51伸缩就会带动夹子张开或闭合；吸取式取物结构里有一个吸头电磁阀44，是实现产生负压吸取和释放负压松开动作的，吸头电磁阀44伸缩时商品和多腔室负压吸头23就形成了一个密闭的空间，随着吸头电磁阀44的拉伸，密闭空间变大，密闭空间内压强降低，商品就吸附在多腔室负压吸头23上了，这些电磁阀的功能也可以用气动的气缸来代替，来实现吸附和夹取的动作。

多腔室负压吸头23包括软胶42、多腔室体43、吸头电磁阀44、型芯45、侧板46、导轨套固定板47、吸头安装板59，其中软胶42和多腔室体43为一体成型的，型芯45插入多腔室体43后与商品就形成了密闭的腔室，软胶42起辅助密封作用，多腔室体43设置有多腔室体气孔48，型芯45设置有气槽49和型芯气孔50，气槽49和型芯气孔50连通。当型芯45插入多腔室体43与商品就形成了密闭的腔室时，吸头电磁阀44收缩时，型芯气孔50与多腔室体气孔48错开了，空气不能进入，负压就形成了，型芯45抽出越多，负压就越大，商品就吸附的越紧。当吸头电磁阀44伸长时，负压就变小了，商品吸附就松了，型芯气孔50与多腔室体气孔48接触了，空气就从多腔室体气孔48到型芯气孔50到气槽49再到前面密闭的腔室，这时负压就消失了。这就是多腔室负压吸头23的工作原理。

吸取式取物结构包括夹子电磁阀51、夹子电磁阀夹板54、商品夹板52、减压夹板53、第一转轴55、第二转轴56、夹子侧板57、夹子安装板58，夹子安装板58与移动竖直导套36螺钉连接，夹子电磁阀51与夹子安装板58螺钉连接，夹子安装板58与商品夹板52以第一转轴55转轴连接，商品夹板52与减压夹板53以转轴连接，商品夹板52通过第二转轴56安装在夹子侧板57上，夹子电磁阀51伸出或收缩就会带动夹子电磁阀夹板54、商品夹板52、减压夹板53运动，就能夹取商品。减压夹板53是为了增大夹子与商品的接触面积减小压强而设置的。

这个机械手是从SMT设备里优化而来的，但和SMT设备又有所不同，如在固定水平导轨19上能移动的最大距离L1，在移动水平导轨21上能移动的最大距离L2，在移动竖直导轨24上能移动的最大距离L3都比SMT里的长，SMT里的在固定水平导轨19上能移动的最大距离，在移动水平导轨21上能移动的最大距离都小于1.0米，而移动竖直导轨24更小了，要小于0.5米。机械手要比这长，但也会小于500米。在这个商店里这个机械手这三个参数(也就是这个机械手特征参数)可取，在固定水平导轨19上能移动的最大距离大于0.1米并小于500米，在移动水平导轨21上能移动的最大距离大于0.1米并小于500米，在高度上可以更小点，取100米，故在移动竖直导轨24上能移动的最大距离大于0.1米并小于100米。

优选地，机械手的移动水平导轨21在固定水平导轨19上能移动的最大距离L1，0.1米＜L1＜500米。

优选地，机械手的移动竖直导轨24在移动水平导轨21上能移动的最大距离L2，0.1米＜L2＜500米。

优选地，机械手终端抓取机构31在移动竖直导轨24上能移动的最大距离L3，0.1米＜L3＜100米。

一个商店有一部或多部机械手，每部机械手都有自己控制器，但是商店还有一个数据输入和数据接收的控制器，总的控制器，这个总控制器还要分配、协调各个机械手的工作。这个总控制器要和有线网络连接，以便接收来自网络的商品信息，又要有通讯电缆与这个商店里的其它购买设备(除了可以用手机扫码购物外，顾客也可以通过操作区内其它的购物设备来购物，这种设备和商店里面总控制器相连，通过这个设备购买商品的信息也会传送到总控制器，也会完成购物的。这个设备就叫做购物设备，顾客通过它来购买商品的)相连，接收来自这些设备的购物信息，总之能接收一切在本商店的购物信息，同时这个总控制器又要商店里的其它机械手的控制器连接，以便能控制这些机械手的动作，又要与该商店的电脑相连接，以便这个商店的管理员能及时地查看信息，销售情况；要与该公司的控制中心总部通讯，为商店管理，补货管理，会计核算等等提供数据，所以这个总控制器要有很多接口，接口如图6，图中的机械手的个数是不确定的，可能是一个，也可以是很多个，并不是图中画几个就是几个，其中总控制器与该商店的电脑是以并行接口连接，总控制器与该公司总控制中心是以以太网接口连接，其余的是以串行接口连接，具体说来这个总控制器有这几个模块，联网模块(也可以加个WIFI模块，蓝牙模块)，处理器模块，存储器模块，以太网模块，支付模块，其中联网模块，蓝牙模块是用来接收发送信息给各个设备；以太网模块是连接外网的；处理器模块主要是用协调商店内资源，安排合适的机械手拿商品到合适的取物处里去，计算商品价格，完成商品销售；存储器模块主要存储商品在仓储区内的位置，商品价格等资料，以便处理器调用。当一个购物设备有顾客操作时，总控制器联网模块接收到了信息，总控制器就知道了并把这个设备列为使用中；等顾客把商品选完后就提出买单时，联网模块接收到要买单的信息，这时总控制器的处理器模块就调取存储器模块，就核算商品单价总价优惠价等，联网模块就把核算出来信息发给该购物设备；等顾客买单后，联网模块接收到了信息，总控制器的处理器模块就调取存储器模块里商品位置信息，总控制器联网模块就把这个商品位置信息发给取物机械手，取物机械手就去取商品；取物机械手就把商品都一个一个地拿到取物处后，总控制器联网模块接收到了这个信息，把取物机械手列为空闲；联网模块发送信息给购物设备顾客可以把门打开了；顾客在购物设备里选择打开门，联网模块就收到信息，联网模块就发送信息电磁阀，开门，顾客取走商品。每个机械手都有自己的机械手控制器30，要控制5个以上马达的动作，以及几个电磁阀的动作，如图7，图中的马达伺服驱动器和电磁阀的个数是不确定的，可能是一个，也可以是很多个，并不是图中画几个就是几个，其中机械手控制器30所有接口都是串行接口，而且是没有以太网接口的，还有那个电磁阀主要是机械手终端抓取机构31抓紧松开用的。具体说来这个机械手控制器30有这几个模块，联网模块，处理器模块，存储器模块，处理器模块主要是合理优化取物顺序，调出商品存储位置数据，发送指令给马达伺服驱动器，存储器模块主要存储商品在仓储区内的位置。当总控制器发来购物信息，取物机械手联网模块接收信息；处理器模块就优化取货顺序，调取存储器模块商品存放位置并把各个运动部件的运动参数做出来(什么时间开始运动，运动多少)；之后联网模块把这些运动参数发给各个运动部件，机械手就去拿商品，由于这个机械手没有购物箱，所以只能一个个把商品拿到取物处，等把商品拿完了，联网模块发送信息，就告诉总控制器商品都已经拿完了，商品已在取物处，如图1。这个商店的软件操作系统，可以用Windows的,也可以用Android的，也可以用苹果的Mac OS，由于这个设备、系统只在本商店系统内使用，所以这个商店还可以用其它的小的操作系统Linux,甚至可以自行开发一个操作系统来用，因为这个系统只用于这个无人商店内，跟外界没有文件传输交换，不存在一个文件发到别家打不开的情况。个别的未说明的情况，具体可以参照贴片机里的情况。

在仓储区里货架是一排一排地摆放的,所述机械手放置在商店储货架2的上方,机械手的移动水平导轨21设置在储货架2上方，可以拿取多个储货架2上的商品，机械手在货架之间来回运动，所以在机械手固定水平导轨19的两端都可以设置一个操作区，都可以摆放商品来供顾客扫码，两边效果功能都是一样，这样也就多出一倍的取物处了,如果所述机械手没有放置在商店储货架2的上方，那么机械手只能拿取一个储货架2上的商品，机械手的工作效率就大大降低了。操作区里还可以做一些展柜，向顾客推荐新到的商品，新开发的商品以及打折促销的宣传等等。系统里在每个位置拿走了多少商品，还有多少这类商品，都是实时更新的记录的，并以一定时间的间隔报送整个商店系统控制中心，以备会计核算和送货、管理等等之用。这个系统可以和其他的系统混合使用的。

这个商店用的用于无人商店的机械手与工业上用的机械手不同，工业上用的机械手一般取物有的位置是固定，并且放置物品的位置是有一定顺序的，或者取物的位置有一定顺序的而放置的位置是固定的，而商店的机械手取物的位置和放置的位置都不是固定的，是随顾客的要求而变的。工业机械手的动作每次设置后是重复的，有重复性，一个动作模式可以做几天几个月或者几年，而这个机械手则不同，每次动作都可能和上次的不同，也可以相同，它的动作决定于顾客购买商品的种类，一个订单只要不一样，它的动作就不同,每个订单就是一个运动的程式，每个订单只执行一次操作，也可以说每一次买单机械手就操作一次。这个机械手运动程式的生成，是机械手控制器先把取商品的先后顺序优化一下，找出最小路径的那一种顺序，而后这个顺序加上各个运动部件的指令就成了一个运动程式。关键是顾客的订单要数字化，能够及时地传到控制器里去形成一个程式，同时，仓库里的商品摆放也要数字化，商品的种类和位置要对应好，也要输入到控制器里去，这样数字化的输入，机械手就能够根据数字化的订单就准确地拿到商品。机械手、货架上的商品，取物处等之间的相对位置一定要不变，要固定下来，所以往往把这几者之间用铁条用螺丝锁起来固定，做到标准化，多个商店数据要相同，便于管理、操作。

这种机械手拿取商品都是一个个地把商品拿到取物处的，或者拿到其他地方，当有多个商品时，这个多个商品取货得有个顺序，得有个排序的方法或规则。机械手控制器确定好方法或规则，这样机械手就能自动生成取货程式了。这个方法规则可以以商品的重量、体积、长度等商品本身的特征或者商品在系统里的编号、位置作为依据来排序，把这些规则输入到系统去后，当有订单时，机械手控制器就会根据订单，自动生成执行这个订单的运动程式，机械手就按照这个程式运动，把商品都拿出来放到取物处或其它地方。这个规则可以交叉设置,如,当重量大于N千克时,这时以重量为排序依据,重量大的先拿到取物处里去,以免把后面的商品压坏了；当重量小于N千克时(N值可以在系统里调整设置),这时就以体积为排序依据,先把体积大的商品拿到取物处里去.对于那些耐用消费品,可以先拿到取物处,那些食品等容易破碎的商品可以后拿到取物处里去.

通常情况可以设置为:

当重量大于或等于N千克时,以重量为排序依据,重量大的先拿到取物处或其他地方；

当重量小于N千克时,以长度为排序依据,长度长的先拿到取物处或其他地方；

其中当长度大于或等于L厘米时,以长度为排序依据,长度大的先拿到取物处或其他地方；

当长度小于L厘米时,以体积为排序依据,体积大的先拿到取物处或其他地方；

当体积相等时，以商品在系统里的编号为顺序，序号小的先拿到取物处或其他地方。

这只是多种规则里的一种,商店可以根据具体情况设置规则,这个规则主要是根据商品的特性来指定的,如商品的重量、体积、长度等，设定这个规则是为了机械手或机器人控制器能够自动生成运动程式，是实现真正的无人商店的重要一步。所述商品的长度是指商品的长宽高三个尺寸里的最大尺寸。

当机械手接到订单时，机械手就根据订单按照系统里规则自动生成程式，就从机械手当前的位置运动到第一个商品的位置，抓取商品并向取物处运动，等到了取物处，机械手就把商品放到取物处里去，接着就运动到第二个商品的位置，抓取商品并向取物处运动，等又到了取物处，就把商品放进取物处里去，……,如此重复,待拿完最后一个商品时,机械手就运动到待机位置或就此停住待机.

总之，一种机械手运动程式自动生成的方法，这个方法或规则主要是根据商品的特性来设定的,如商品的重量、体积、长度等，设定这个规则的目的是为了机械手控制器能够根据订单自动生成运动程式。商店可以根据具体情况设置规则，这个方法规则就是控制器可以以商品的重量、体积、长度、商品在系统里的编号、商品在商店里的位置作为依据来排序，确定机械手拿货先后顺序，当有订单时，机械手控制器就会根据订单，自动生成执行这个订单的运动程式，机械手就按照这个程式运动，把商品都拿出来放到取物处或其它地方。这个机械手的运动程式是控制器根据顾客购物的订单(付款后的订单)而自动生成的，所以该机械手每个运动程式只执行一次。

这个机械手也可以有扫码功能的，或者把商品放在某固定的地方去扫码之后再让机械手去拿到某处，那样也可以去把产品拿到货架上去，这样也可以做到自动退货的，自动上货(理货)，可以省去一些人员劳动。还有这方式可以做成一个共享物品的商店，该共享商店也分操作区和仓储区，顾客在操作区里看展示的商品，查看有没有需要的商品(有的放置一个设备，可以从设备里打开网页，可以查看有没有所需要的工具、商品)，有的话就扫码，然后缴纳保证金后，机械手就会把该商品从仓储区里拿出来，顾客就借得商品；用完后就归还时，放到机械手能购扫码的地点，机械手扫码后就自动放到它原来放的位置(这个位置系统里先设置好的)，如机械手没有扫码功能，请把要归还的商品放到某个固定扫码地点，系统立即扫码出该商品的种类，然后把要归还的商品放在机械手收回商品的固定取物地点，机械手就会把该商品拿到仓储区内其原来放置的地方。在城市里，人们居住的空间小，有很多工具买了就没地方放，用的时间也不多，这样就可以发展共享经济，做个共享商店，把人们平时用的不多的工具之类的商品放在这里，人们扫码取走使用，用完后扫码退还，中间再收取一点费用。这样既减少人们的使用成本，又减少资源的浪费。这也是这个机械手应用的一个场景。

上述是机械手及其应用的场合无人商店的情况，可以看出这个机械手有以下特征：

优选的，所述机械手是用于无人商店的。

优选的，所述机械手的程式是根据顾客购买商品的订单而自动生成的。

优选的，所述机械手的程式是只执行一次，不重复执行的。

优选的，所述机械手放置商品的位置是多个固定的位置，并且要先把这个多个位置参数输入要机械手控制器30里去的，也就是取物处是多个固定的，要先把这个多个位置参数输入要机械手控制器30里去的。

优选的，机械手的运动程式是多对多的程式，即把多个位置上的每个物品拿起来，可以放到多个不同的位置的任何一个位置上去。

所述机械手固定水平导轨19的位置是与仓储区的储货架2以及取物处9之间是固定的不变的。

优选的，机械手控制器包括联网模块、处理器模块、存储器模块，处理器模块与联网模块、存储器模块电性连接，联网模块与固定水平导轨马达20、移动竖直导轨旋转马达22、移动水平导轨马达25、移动竖直导轨马达27、机械手终端抓取机构里电磁阀电性连接。

优选的，机械手的移动水平导轨21在固定水平导轨19上能移动的最大距离L1，0.1米＜L1＜500米。

优选地，机械手的移动竖直导轨24在移动水平导轨21上能移动的最大距离L2，0.1米＜L2＜500米。

优选的，机械手终端抓取机构31在移动竖直导轨24上能移动的最大距离L3，0.1米＜L3＜100米。

优选的，机械手的马达是伺服马达或步进电机，所述伺服马达都带马达伺服驱动器。

优选的，机械手的固定水平导轨马达20和移动水平导轨马达25非同时运动，即当固定水平导轨马达20运动时移动水平导轨马达25停止，当移动水平导轨马达25运动时固定水平导轨马达20停止,移动竖直导轨旋转马达22、移动竖直导轨马达27与固定水平导轨马达20可以同时运动，移动竖直导轨旋转马达22、移动竖直导轨马达27与移动水平导轨马达25可以同时运动。

有用到这个机械手的无人商店一般划分为操作区和仓储区(顾客不能进到仓储区里去，只能在操作区里活动)，在操作区所摆放的商品(操作区里的商品是不卖的)都贴上本店的二维码，以便顾客扫码。同时把仓储区的商品(仓储区里的商品可以不贴二维码)按照系统里的数值位置摆放好，好让顾客购买这些商品时，机械手能够拿这些商品出去。

顾客走进商店操作区，想购买商品，就拿手机等设备扫所想购买商品的二维码，等把所有想购买商品扫码后，就付款，这时机械手就得到指令，去拿这些商品，待所买商品都拿到取物处得到确认后，顾客就可以通过手机打开取物处的门，就可以拿走所买的商品了。当顾客退货时，系统确认无损坏后，就由机械手拿到这个商品原来的位置上去。顾客取走商品后，取物处自动归回原先状态。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于无人商店的机械手，所述机械手放置在商店储货架的上方，其特征在于，包括固定水平导轨、固定水平导轨马达、移动竖直导轨旋转马达、移动水平导轨马达、移动竖直导轨马达、移动水平导轨、移动竖直导轨、机械手控制器、机械手终端抓取机构、固定水平导套、移动水平导套、移动竖直导套，其中固定水平导轨上安装有固定水平导套，固定水平导套上安装有移动水平导轨，移动水平导轨安装有移动水平导套，移动水平导套上安装有移动竖直导轨，移动竖直导轨上安装有移动竖直导套，移动竖直导套上安装有机械手终端抓取机构，固定水平导轨马达驱动移动水平导轨在固定水平导轨上移动，移动水平导轨马达驱动移动竖直导轨在移动水平导轨上移动，移动竖直导轨马达驱动机械手终端抓取机构在移动竖直导轨上移动，移动竖直导轨旋转马达驱动移动竖直导轨旋转来调换机械手终端抓取机构的抓取方式，机械手控制器与固定水平导轨马达、移动竖直导轨旋转马达、移动水平导轨马达、移动竖直导轨马达电路连接，所述机械手控制器根据顾客订单自动生成机械手运动程式，所述机械手控制器生成运动程式的依据包括重量、体积、长度，所述机械手运动程式只执行一次。

2.根据权利要求1所述的一种用于无人商店的机械手，其特征在于，机械手的移动水平导轨在固定水平导轨上能移动的最大距离L1，0.1米＜L1＜500米。

3.根据权利要求1所述的一种用于无人商店的机械手，其特征在于，机械手的移动竖直导轨在移动水平导轨上能移动的最大距离L2，0.1米＜L2＜500米。

4.根据权利要求1所述的一种用于无人商店的机械手，其特征在于，机械手终端抓取机构在移动竖直导轨上能移动的最大距离L3，0.1米＜L3＜100米。

5.根据权利要求1所述的一种用于无人商店的机械手，其特征在于，机械手固定水平导轨与仓储区的储货架、取物处之间的位置是固定的。

6.根据权利要求1所述的一种用于无人商店的机械手，其特征在于，机械手使用的马达为伺服马达或步进电机。

7.根据权利要求1所述的一种用于无人商店的机械手，其特征在于，机械手控制器包括联网模块、处理器模块、存储器模块，处理器模块与联网模块、存储器模块电性连接，联网模块与固定水平导轨马达、移动竖直导轨旋转马达、移动水平导轨马达、移动竖直导轨马达、机械手终端抓取机构里电磁阀电性连接。