CN110349329A - 一种应变称重装置、无人售货柜及使用方法 - Google Patents

一种应变称重装置、无人售货柜及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应变称重装置，包括悬梁臂，悬梁臂上设置用于应变测量的电阻应变片集，悬梁臂的施力点处设置货架固定座，货架固定座上设置货架，电阻应变片连通外部信号处理电路，外部信号处理电路通过测定电阻应变片集的电阻值变化换算出货架上货物的重量变化；还公开了一种无人售货柜及其使用方法，无人售货柜内设置应变称重装置，应变称重装置连通的外部信号处理电路将信号传递至后台控制系统，后台控制系统根据选货过程统计的货物重量变化数据，识别消费者拿走的货品种类和数量，自动计算价格并从消费者账户扣款。本发明提供的方法利用应变测量法，使无人售货柜更加全智能化，也使无人售货的模式更加成熟和完善，提高购物效率和体验感。

Description

一种应变称重装置、无人售货柜及使用方法
技术领域
本发明涉及无人售货领域，具体为一种应变称重装置和基于应变称重装置的无人售货柜及使用方法。
背景技术
无人售货柜是零售业发展的必然产物，得到越来越多的推广，但目前市场上的无人售货柜都没有自动检测货品的功能，系统不能够自动识别消费者拿了什么货品，拿了多少货品，从而不能自动结算，需要消费者自行手动结算，这种购物过程影响消费体验的愉悦程度，影响购物效率，而且对于对智能设备不甚了解的老年人，有操作障碍，相当于变相拒绝了部分消费者群体的消费，普及度有限制。
发明内容
本发明为了解决上述问题，使无人售货柜系统更加全智能化，从而自动计算价格和结算，也使无人售货的模式更加成熟和完善，提高购物效率和体验感，也提高无人售货的普及率提供一种应变称重装置和基于应变称重装置的无人售货柜及使用方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种应变称重装置，包括悬梁臂，悬梁臂上设置用于应变测量的电阻应变片集，悬梁臂的施力点处设置货架固定座，货架固定座上设置货架，电阻应变片连通外部信号处理电路，外部信号处理电路通过测定电阻应变片集的电阻值变化换算出货架上货物的重量变化。
进一步的，电阻应变片集包括四个电阻应变片，四个电阻应变片分别平行、对称设置于悬梁臂的上侧面和下侧面，组成惠斯登电桥电路。
进一步的，电阻应变片包括直径为0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝以S型绕成的丝栅，或是用很薄的金属箔腐蚀成栅状结构，丝栅或栅状结构被夹持在两层绝缘薄片中间，还包括镀银铜线，镀银铜线与丝栅或栅状结构连接，作为电阻应变片引线，连接外部信号处理电路。
一种包括应变称重装置的无人售货柜，无人售货柜的门上设置电子锁，电子锁连通后台控制系统，电子锁上设置输入终端，使消费者通过输入终端向后台控制系统进行身份鉴权成功后，即可开锁打开门，进行选货操作；无人售货柜内设置应变称重装置，应变称重装置连通的外部信号处理电路将信号传递至后台控制系统，无人售货柜的门上设置关门信号感应装置，关门信号感应装置连通后台控制系统，后台控制系统感应到关门信号后，根据选货过程统计的货物重量变化数据，识别消费者拿走的货品种类和数量，自动计算价格并从消费者账户扣款。
进一步的，输入终端包括银行卡或微信或支付宝感应终端，消费者通过刷卡或微信扫码或支付宝扫码的方式进行身份鉴权操作。
进一步的，无人售货柜内每样货品对应一件应变称重装置。
进一步的，后台控制系统内预先置入根据采集到的应变称重装置的应变量及预先置入的货架号、货品名称、数量、重量单价信息，逻辑换算出货品价格的程序。
进一步的，还包括语音提示模块，语音提示模块电连通后台控制系统，用于向消费者播报礼貌用语、安全提示及结算信息。
一种无人售货柜的使用方法，包括货品上架登记和货品售卖登记；
货品上架登记包括以下流程步骤：
1)以管理员身份登录后台控制系统，依次录入货品A的名称、数量、重量及对应的货架的编号信息，货品B的名称、数量、重量及对应的货架的编号信息直至所有的货品及对应货架的信息全部录入完毕，保存，退出系统；
货品售卖登记包括以下流程步骤：
a.消费者刷卡或扫码请求开门；
b.后台控制系统对消费者身份进行鉴权；
c.鉴权成功后，电子锁开启，无人售货柜的门开启，消费者挑选货品；
d.后台控制系统根据货品管理表及被取走货品的货架的编号信息及货品信息，判断被取走货品的重量或数量及价格；
e.消费者挑选完毕，后台控制系统检测到关门信号后，自动结算，并自动扣除货款。
进一步的，步骤1)中货品A和货品B为所售卖的任意货品的代称。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
电阻应变片的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与丝栅或栅状结构的长度、横截面积有关。将电阻应变片粘贴在悬臂梁上，当悬臂梁受力变形时，丝栅或栅状结构的长度和横截面积也随着悬臂梁一起发生微应变变化，进而引起丝栅或栅状结构电阻变化，其变化量由下式表示：
ΔR/R＝K*ε
其中，K为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。
由此可知，丝栅或栅状结构在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率ΔR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。
把电阻应变片集粘贴在悬臂梁上比较经济适用，利用悬臂梁在货架上的货品产生的外力F作用下产生微形变，从而导致电阻应变片电阻发生变化，根据电阻值变化量即可测出应力F的大小。货架固定座直接固定于悬臂梁的施力点，通过悬臂梁基座最终固定于货架支撑板上，货架固定于货架固定座上，使电阻应变片对货架上货品的重量变化做出最敏感的应变。货架上放有各种货品，悬臂梁上装有电阻应变片集，可以测试出由于货品的重力变化而产生的应变大小变化，进而根据前面原理介绍部分的转换关系，变成电压输出，即可进行后续处理。此输出信息由后台系统控制器根据系统预存的货品种类和重量对应关系进行判断，是哪种货品增加或减少了多少量。
无人售货柜的门上配备电子锁，消费者通过刷卡、微信或支付宝等扫码的方式，向后台控制系统进行身份鉴权成功后，即可开锁打开门，进行选货操作。选货时，货架上的货物动态增减，货架感应到的重量也随之变化，随之将变化传至悬臂梁使悬臂梁发生微变形，进而使粘贴于悬臂梁上的电阻应变片电阻值发生变化，并传递至后台控制系统，消费者选货结束后，关闭柜门，后台控制系统感应到关门信号后，根据选货过程统计的货物重量变化数据，识别消费者拿走的货品种类和数量，自动计算价格并从消费者账户扣款，提升无人售货机的智能性，提高购物效率，提升购物体验，也使无人售货柜的适应领域更广泛，也能普及更多年龄段的消费者。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种应变称重装置的示意简图一；
图2是本发明一种应变称重装置的示意简图二；
图3是本发明一种应变称重装置的电阻应变片的结构示意图；
图4是本发明一种应变称重装置中的电阻应变片粘贴在悬臂梁上的位置与方向主视图；
图5是图4的俯视图；
图6是本发明一种应变称重装置的四个电阻应变片组成惠斯登电桥的电路图；
图7是本发明一种无人售货柜的使用方法的货品上架登记流程步骤的示意框图；
图8是本发明一种无人售货柜的使用方法的货品售卖登记流程步骤的示意框图；
其中，1-悬梁臂，2-电阻应变片，21-丝栅，22-绝缘薄片，23-镀银铜线，3-货架固定座，4-货架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1或2所示，本发明的一种应变称重装置，包括悬梁臂1，悬梁臂1上设置用于应变测量的电阻应变片集，为了提高应变灵敏度，电阻应变片集包括四个电阻应变片2，如图3所示，电阻应变片2包括直径为0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝以S型绕成的丝栅21，或是用很薄的金属箔腐蚀成栅状结构，丝栅或栅状结构被夹持在作为基底和盖层的两层绝缘薄片22中间，通过粘结剂粘结，还包括镀银铜线23，镀银铜线23与丝栅21或栅状结构连接，作为电阻应变片2引线，连接外部信号处理电路；如图4和5所示，为电阻应变片2粘贴在悬臂梁1的位置与方向，虚线表示悬臂梁1受力后产生的微形变，四个电阻应变片2分别命名为R1、R2、R3、R4，虚线表示悬臂梁1受力后产生的微形变，悬梁臂1的施力点处设置货架固定座3，货架固定座3上设置货架4，R1、R3平行贴于悬臂梁1的上表面，货架4上货品产生的重力F作用下产生拉伸应变，电阻应变片2电阻值变大；R2、R4平行贴于悬臂梁1的下表面，位置和R1、R3基于悬臂梁1本体相对称，在货架4上货品产生的重力F作用下产生压缩应变，电阻应变片2电阻值变小。
如图6所示，为四个电阻应变片2组成惠斯登电桥电路图，电阻应变片2上的箭头向上表示拉应变，向下表示压应变，惠斯登电桥电路中所有电阻应变片2的电阻值在初始态都设置为R，受到货架4上货品施加的外力F后，都产生了ΔR的变化值，R1、R3阻值增加了ΔR，R2、R4减少了ΔR，那么根据惠斯登电桥平衡输出公式可以得出输出电压：
化简后得到：
而根据有益效果中提供的应变公式可知
ΔR/R＝K*ε
所以
UO＝E*K*ε
而ε正比于外力F的大小，可以简化认为
ε＝A*F
其中A是与结构相关的常量，有悬臂梁材质、长宽高尺寸决定。那么最后输出电压值UO就可以表示为和外力F相关的的一个量：
UO＝E*K*A*F
此公式中，E、K、A都是常量，所以UO就和F成正比，测出了UO的值，就相当于知道了外力F的大小，电阻应变片2连通外部信号处理电路，由此后台控制系统可自行根据电阻应变片的阻值变化信号，换算出货品的重量变化情况。
货架固定座3直接固定于悬臂梁1的端部施力点，通过悬臂梁基座最终固定于货架支撑板上，使电阻应变片2对货架4上货品的重量变化做出最敏感的应变；当然，货架固定座3和悬臂梁固定座位置及形状都也可以根据实际需要灵活变动。
一种包括应变称重装置的无人售货柜，无人售货柜的门上设置电子锁，电子锁连通后台控制系统，电子锁上设置输入终端，输入终端包括银行卡或微信或支付宝感应终端，消费者通过刷卡或微信扫码或支付宝扫码的方式向后台控制系统进行身份鉴权操作，消费者通过输入终端向后台控制系统进行身份鉴权成功后，即可开锁打开门，进行选货操作；无人售货柜内每样货品对应一件应变称重装置，应变称重装置连通的外部信号处理电路将信号传递至后台控制系统，无人售货柜的门上设置关门信号感应装置，关门信号感应装置连通后台控制系统，后台控制系统内预先置入根据采集到的应变称重装置的应变量及预先置入的货架号、货品名称、数量、重量单价信息，逻辑换算出货品价格的程序，后台控制系统感应到关门信号后，根据选货过程统计的货物重量变化数据，识别消费者拿走的货品种类和数量，自动计算价格并从消费者账户扣款。后台控制系统还电连通语音提示模块，用于向消费者播报礼貌用语、安全提示及结算信息，使消费者体验舒适度更高，适用人群也更广。
一种无人售货柜的使用方法，包括如图7和8所示的货品上架登记和货品售卖登记流程；
货品上架登记流程包括以下步骤：
1)以管理员身份登录后台控制系统，依次录入货品A的名称、数量、重量及对应的货架的编号信息，货品B的名称、数量、重量及对应的货架的编号信息货品A和货品B为所售卖的任意货品的代称，直至所有的货品及对应货架的信息全部录入完毕，保存，退出系统；
货品售卖登记流程包括以下步骤：
a.消费者刷卡或扫码请求开门；
b.后台控制系统对消费者身份进行鉴权；
c.鉴权成功后，电子锁开启，无人售货柜的门开启，消费者挑选货品；
d.后台控制系统根据货品管理表及被取走货品的货架的编号信息及货品信息，判断被取走货品的重量或数量及价格；
e.消费者挑选完毕，后台控制系统检测到关门信号后，自动结算，并自动扣除货款。
本实施例提供的方法利用应变测量法，消费者从货架上取走货品时，货架上货品的重量发生变化，后台控制系统根据重量变化量与预登记的不同品类的货品重量做比较，自动统计消费者取走了什么货品以及货品的数量，从而自动计算价格和结算，提高购物效率，也能提高购物的体验感。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应变称重装置，其特征在于，包括悬梁臂，所述悬梁臂上设置用于应变测量的电阻应变片集，所述悬梁臂的施力点处设置货架固定座，所述货架固定座上设置货架，所述电阻应变片连通外部信号处理电路，所述外部信号处理电路通过测定所述电阻应变片集的电阻值变化换算出所述货架上货物的重量变化。
2.根据权利要求1所述的一种应变称重装置，其特征在于，所述电阻应变片集包括四个电阻应变片，四个所述电阻应变片分别平行、对称设置于所述悬梁臂的上侧面和下侧面，组成惠斯登电桥电路。
3.根据权利要求1所述的一种应变称重装置，其特征在于，所述电阻应变片包括直径为0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝以S型绕成的丝栅，或是用很薄的金属箔腐蚀成栅状结构，所述丝栅或栅状结构被夹持在两层绝缘薄片中间，还包括镀银铜线，所述镀银铜线与所述丝栅或所述栅状结构连接，作为电阻应变片引线，连接外部信号处理电路。
4.一种包括权利要求1至3任一项所述的应变称重装置的无人售货柜，其特征在于，所述无人售货柜的门上设置电子锁，所述电子锁连通后台控制系统，所述电子锁上设置输入终端，使消费者通过所述输入终端向后台控制系统进行身份鉴权成功后，即可开锁打开门，进行选货操作；所述无人售货柜内设置所述应变称重装置，所述应变称重装置连通的外部信号处理电路将信号传递至后台控制系统，所述无人售货柜的门上设置关门信号感应装置，所述关门信号感应装置连通所述后台控制系统，所述后台控制系统感应到关门信号后，根据选货过程统计的货物重量变化数据，识别消费者拿走的货品种类和数量，自动计算价格并从消费者账户扣款。
5.根据权利要求4所述的无人售货柜，其特征在于，所述输入终端包括银行卡或微信或支付宝感应终端，消费者通过刷卡或微信扫码或支付宝扫码的方式进行身份鉴权操作。
6.根据权利要求4所述的无人售货柜，其特征在于，所述无人售货柜内每样货品对应一件所述应变称重装置。
7.根据权利要求4所述的无人售货柜，其特征在于，所述后台控制系统内预先置入根据采集到的所述应变称重装置的应变量及预先置入的货架号、货品名称、数量、重量单价信息，逻辑换算出货品价格的程序。
8.根据权利要求4所述的无人售货柜，其特征在于，还包括语音提示模块，所述语音提示模块电连通所述后台控制系统，用于向消费者播报礼貌用语、安全提示及结算信息。
9.一种权利要求4所述的无人售货柜的使用方法，其特征在于，包括货品上架登记和货品售卖登记；
所述货品上架登记包括以下流程步骤：
1)以管理员身份登录后台控制系统，依次录入货品A的名称、数量、重量及对应的所述货架的编号信息，货品B的名称、数量、重量及对应的所述货架的编号信息直至所有的货品及对应货架的信息全部录入完毕，保存，退出系统；
所述货品售卖登记包括以下流程步骤：
a.消费者刷卡或扫码请求开门；
b.所述后台控制系统对消费者身份进行鉴权；
c.鉴权成功后，所述电子锁开启，所述无人售货柜的门开启，消费者挑选货品；
d.所述后台控制系统根据货品管理表及被取走货品的货架的编号信息及货品信息，判断被取走货品的重量或数量及价格；
e.消费者挑选完毕，所述后台控制系统检测到关门信号后，自动结算，并自动扣除货款。
10.根据权利要求9所述的无人售货柜的使用方法，其特征在于，步骤1)中所述货品A和所述货品B为所售卖的任意货品的代称。
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