CN110728791A - 一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，包括货柜、货架、推送机构、直角坐标传动机构和控制箱；货柜的上腔室为多层结构，每层均安装有货架，下腔室安装有控制箱，货柜柜门内表面下方设有暂存箱，柜门外表面对应暂存箱位置开设有取货口，货架通过安装在货柜内部左右两侧的固定导轨定位，同时每层货架上均匀设置有若干隔板并形成前后方向的货道，货物放置在货道中，货柜后方内侧壁上固定安装直角坐标传动机构，改变了传统单个电机独立控制单个货道，制造成本高的缺点，而且改变了现有的几种货道形式，采用剪式机构进行货物的推送，通过二个步进电机与一个电动推杆实现货柜内货道的出货任务，实现了成本控制的最优化。

Description

一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置

技术领域

本发明属于自动售卖机技术领域，具体涉及一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置。

背景技术

随着智能化产品的迅速发展，自动售卖机被逐渐应用到社会上各种公共场所，给人们带来便利的同时，也开拓了一种全新的线下商业零售形式。

目前，市面上的自动售卖机的货道形式包括弹簧货道、履带式货道与蛇形货道，不同的货道各有其优缺点。每个货道的末端均安装一个独立的电机，用来带动货道内的弹簧或履带运动，电机轴转动的角度对应着钢丝弹簧间距内存放的商品向前移动的位移，当达到一个节距时，则最前面的一件商品被推出货道，掉入主柜门体上的存货箱，待客户取走。然而一般的自动售卖机内部都设有50个左右的货道，每个货道都需要对应独立的电机进行控制，不仅提高了制造成本、故障率高，而且增加了控制系统的复杂程度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其中：包括货柜、货架、推送机构、直角坐标传动机构和控制箱；所述货柜分为上腔室和下腔室，其中上腔室为多层结构，每层均安装有货架，下腔室安装有控制箱，货柜柜门内表面下方设有暂存箱，该货柜柜门外表面对应暂存箱位置开设有取货口；

所述货架通过安装在货柜内部左右两侧的固定导轨定位安装，同时每层货架上均匀设置有若干隔板并形成前后方向的货道，货物放置在货道中；

所述直角坐标传动机构包括X轴传动件机构和Y轴传动件机构，所述X轴传动机构包括水平固定杆，所述水平固定杆两端上方通过第一支撑座水平固定第一光杆，所述水平固定杆两端下方通过第一支撑座水平固定第一移栽丝杆，其中左端的第一支撑座上固定有第一步进电机，该第一步进电机与第一移栽丝杆连接，所述水平固定杆两端的第一支撑座分别连接一个竖直方向的十字固定座，所述十字固定座背离水平固定杆的一侧安装有轴承座；

所述Y轴传动机构包括三个固定杆组成的U形固定杆、第二移栽丝杆、两个第二光杆，所述U形固定杆固定安装在货柜后方内侧壁上，其中左右两侧的U形固定杆上下两端均安装有第二支撑座，两个第二光杆均通过该第二支撑座与U形固定杆平行固定设置，其中在左侧的U形固定杆和第二光杆之间平行设置有第二移栽丝杆，左侧的U形固定杆上端第二支撑座上安装有第二步进电机，该第二步进电机与第二移栽丝杆连接，所述第二移栽丝杆和第二光杆均穿过水平固定杆两侧的轴承座，所述X轴传动件机构可在第二移栽丝杆的带动下进行垂直运动；

所述推送机构包括滑台，所述滑台套装在水平固定杆上，该滑台上端开设有通孔，下端开设有螺纹孔，所述第一光杆和第一移栽丝杆分别穿过通孔和螺纹孔，所述滑台可在第一移栽丝杆的带动下左右滑动，所述滑台上表面安装有固定架，该固定架靠近货架的一侧铰接有剪叉臂，该剪叉臂末端铰接有推板，所述固定架背离货架的一侧安装有电动推杆，所述电动推杆与剪叉臂连接，该电动推杆可带动剪叉臂进行伸展或收缩的直线运动；

所述控制箱分别与第一步进电机、第二步进电机和电动推杆连接，分别控制X轴传动机构在第二移栽丝杆上的垂直运动，滑台在第一移栽丝杆上的水平移动以及剪叉臂的伸缩运动。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的第一步进电机与第一移栽丝杆之间安装有第一联轴器，所述第二步进电机与第二移栽丝杆之间安装有第二联轴器。

上述的暂存箱底部安装有若干个压力传感器，所述压力传感器与控制箱连接。

上述的货柜柜门为带把手的双开门，左侧柜门对应上腔室位置为透明有机玻璃，所述右侧柜门外表面从上向下依次安装有红外夜视监控器和触摸显示屏，所述红外夜视监控器用于监控货柜周围情况，所述触摸显示屏用于显示并选择商品，以及播放动态视频，所述右侧柜门内表面安装有备用电源，所述红外夜视监控器、触摸显示屏和备用电源均与控制箱连接。

上述的控制箱内部包括变压器、散热风扇和主控板，所述变压器连接外部电源，所述主控板分别与变压器和散热风扇连接，所述控制箱箱体侧壁上开设有若干均匀散热孔。

上述的主控板采用基于自主切换式PID的自抗扰控制算法，来抑制由于X轴传动机构和Y轴传动机构对末端剪叉臂产生的残余振动。

上述的下腔室内部还安装有为上腔室降温所用的制冷压缩机，该下腔室背面板上分布有均匀通气孔，用于与外界空气实时对流散热。

上述的货柜底端四个角安装有支撑脚。

上述的第一移栽丝杆和第二移栽丝杆均为滚珠丝杆。

上述的水平固定杆和U形固定杆的材质为工业铝型材。

本发明的有益效果：

1、本发明直角坐标传动的自动售卖机出货装置中，每个货道动力源都由直角坐标传动装置提供，实现了二个电机、一个电动推杆满足多点驱动的要求，极大的缩减了生产周期和制造成本，具有较高经济效益。

2、本发明直角坐标传动的自动售卖机出货装置中，第一移栽丝杆和第二移栽丝杆均采用滚珠丝杆传动的方式带动推送机构到达指定位置，这种传动方式具有效率高、鲁棒性强等特点。

3、本发明直角坐标传动的自动售卖机出货装置中，采用一种自主切换式PID的自抗扰控制算法，可以抑制X轴和Y轴丝杠传动带来的末端剪叉臂的残余振动，数值实验证明了该算法适用于本装置，能够保证高精度的位置跟踪。

4、本发明直角坐标传动的自动售卖机出货装置中，每层置物架都是独立的平台，具有很强的可替代性，且方便维护。

5、本发明直角坐标传动的自动售卖机出货装置中，设有两种供电方式，一种是由外部电源独立供电，另一种是由内部直流电源供电，满足了断电情况下，自动售卖机能够持续工作的要求。

附图说明

图1为本发明直角坐标传动的自动售卖机出货装置安装示意图；

图2为本发明自动售卖机总体结构示意图；

图3为本发明暂存箱的内部结构示意图；

图4为本发明X轴传动件机构结构示意图；

图5为本发明Y轴传动件机构结构示意图；

图6为本发明直角坐标传动机构结构示意图；

图7为本发明推送机构结构示意图；

图8为本发明直角坐标传动的自动售卖机出货装置控制算法数值实验结构框图；

图9为本发明直角坐标传动的自动售卖机出货装置控制算法数值实验结果图。

附图标记为：货柜1、货架2、推送机构3、滑台3-1、固定架3-2、剪叉臂3-3、推板3-4、电动推杆3-5、直角坐标传动机构4、控制箱5、变压器5-1、散热风扇5-2、主控板5-3、暂存箱6、固定导轨7、隔板8、X轴传动件机构9、水平固定杆9-1、第一支撑座9-2、第一光杆9-3、第一移栽丝杆9-4、第一步进电机9-5、十字固定座9-6、轴承座9-7、Y轴传动件机构10、U形固定杆10-1、第二移栽丝杆10-2、第二光杆10-3、第二支撑座10-4、第二步进电机10-5、压力传感器11、红外夜视监控器12、触摸显示屏13、备用电源14、支撑脚15。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1和图2所示，本发明为一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其中：包括货柜1、货架2、推送机构3、直角坐标传动机构4和控制箱5。

所述主柜1为矩形柜体，主柜前侧设有带把手的双开柜门。货柜1四周面板均采用整体发泡工艺，一体成型，能有效地阻隔内外空气对流，具有稳定的保温效果，且内部分为上腔室和下腔室，上腔室内壁两侧分别安装六层放置货架2的固定导轨10，各层货架2由隔板8分割为间距相等的货道；可通过抽拉式将货架2取出清洗更换。货柜1柜门通过夹板与货柜1柜体固定，实现旋转运动副，货柜1的左侧柜门上设置有大面积高强度透明有机玻璃，可供消费者观察里面的商品。货柜1的左侧柜门下端设有矩形取物口，且背面安装有暂存箱6，可以通过取物口拿取所购买的商品，同时暂存箱6底部设置有三个压力传感器11，压力传感器11与控制箱5内的主控板5-3连接，将数据传输到主控板5-3，来检测是否有商品掉落；货柜1的右侧柜门内表面安装有备用电源14，当有外部电源供电时，备用电源14开始储能；当外部电源断开，则备用电源14开始工作，可避免断电等特殊情况的发生。该右侧柜门外表面从上往下依次安装有红外夜视监控器12和触摸显示屏13，红外夜视监控器12用于监控货柜1周围情况，所述触摸显示屏13用于显示并选择商品，以及播放动态视频，所述右侧柜门内表面安装有备用电源14，所述红外夜视监控器12、触摸显示屏13和备用电源14均与控制箱5连接。

如图3所示，货柜1的下腔室设有控制箱5和制冷压缩机15，控制箱5内部装有变压器5-1、散热风扇5-2、主控板5-3，控制箱5侧面板上设有均匀散热孔，对主控板5-3进行有效降温，防止因长时间工作产生的热量对电子设备的寿命产生影响。所述制冷压缩机15与主控板5-3，该制冷压缩机15能为上腔室提供冷藏效果，使得瓶装饮料等商品口感更佳，下腔室背面板上分布有均匀通气孔，用于与外界空气实时对流，实现散热效果。

如图4至图6所示，X轴传动机构9、Y轴传动机构10与推送机构3组成了一个直角坐标平台，X轴传动机构9能够通过第一步进电机9-5与第一移栽丝杆9-4提供精确稳定的水平直线运动，Y轴传动机构10能够通过第二步进电机10-5与第二移栽丝杆10-6提供精确稳定的竖直直线运动，推送机构3能够稳定快速的产生较大的推力与准确的定位。所述X轴传动机构9包括水平固定杆9-1，所述水平固定杆9-1两端上方通过第一支撑座9-2水平固定第一光杆9-3，所述水平固定杆9-1两端下方通过第一支撑座9-2水平固定第一移栽丝杆9-4，其中左端的第一支撑座9-2上固定有第一步进电机9-5，该第一步进电机9-5与第一移栽丝杆9-4连接，所述水平固定杆9-1两端的第一支撑座9-2分别连接一个竖直方向的十字固定座9-6，所述十字固定座9-6背离水平固定杆9-1的一侧安装有轴承座9-7；

所述Y轴传动机构10包括三个固定杆组成的U形固定杆10-1、第二移栽丝杆10-2、两个第二光杆10-3，所述U形固定杆10-1固定安装在货柜1后方内侧壁上，其中左右两侧的U形固定杆10-1上下两端均安装有第二支撑座10-4，两个第二光杆10-3均通过该第二支撑座10-4与U形固定杆10-1平行固定设置，其中在左侧的U形固定杆10-1和第二光杆10-3之间平行设置有第二移栽丝杆10-2，左侧的U形固定杆10-1上端第二支撑座10-4上安装有第二步进电机10-5，该第二步进电机10-5与第二移栽丝杆10-6连接，所述第二移栽丝杆10-6和第二光杆10-3均穿过水平固定杆9-1两侧的轴承座9-7，所述X轴传动件机构9可在第二移栽丝杆10-6的带动下进行垂直运动；

如图7所示，所述推送机构3包括滑台3-1，所述滑台3-1套装在水平固定杆9-1上，该滑台3-1上端开设有通孔，下端开设有螺纹孔，所述第一光杆9-3和第一移栽丝杆9-4分别穿过通孔和螺纹孔，所述滑台3-1可在第一移栽丝杆9-4的带动下左右滑动，所述滑台3-1上表面安装有固定架3-2，该固定架3-2靠近货架2的一侧铰接有剪叉臂3-3，该剪叉臂3-3末端铰接有推板3-4，所述固定架3-2背离货架2的一侧安装有电动推杆3-5，所述电动推杆3-5与剪叉臂3-3连接，该电动推杆3-5可带动剪叉臂3-3进行伸展或收缩的直线运动；

如图8和9所示，所述基于自主切换式PID的自抗扰控制算法是针对本直角坐标平台的特性和控制的性能要求，对自抗扰控制(ADRC)算法中的误差反馈控制率进行完善，传统的误差反馈控制率采用PD控制算法，但因缺少积分的作用，最终系统往往会产生较大的稳态误差，得不到希望的精确控制，随着直角坐标传动机构4在运动过程中的误差不断的累积，会使得系统稳态误差不断的增大，因此引入积分尤为重要；但是在系统初始启动时，积分项会使系统控制量超过机构允许的范围，导致系统产生较大的超调，使得末端产生较大的振动，这是绝对不允许的，因此，采用一种自主切换式PID的自抗扰控制算法，使得系统能够根据实际误差的大小引入或者取消积分项，极大地提高了系统的精确性。

自主切换式PID控制的基本思路为：当被控量与期望值误差较大时，消除积分项，采用PD控制，从而实现快速跟踪控制；当被控量与期望值误差较小，存在一定的稳态误差时，引入积分项，消除稳态误差，提高系统的控制精度。具体实现方式如下：

设置饱和数值δ，其中δ>0；

当误差|e|≤δ时，引入积分作用，消除较小的稳态误差；

当误差|e|>δ时，消除积分作用，防止系统产生较大的超调量。

以直角坐标传动机构4为被控对象，通过控制第一步进电机9-5与第二步进电机10-5的输出力矩u(t)，来抑制剪叉臂3-3末端推板3-4的精确定位与剪叉臂3-3的残余振动，根据自抗扰控制(ADRC)中的扩张状态观测器(ESO)观测出实际的转动角度θ，其中，实际的转动角度θ由第一步进电机9-5和第二步进电机10-5内部自带的编码器测得，并反馈给主控板5-3，与微分跟踪器(TD)输出的期望转角θ_d，误差为|e|＝θ_d-θ，系统控制率如下：

式中K_p——比例增益系数；

K_I——积分增益系数；

K_D——微分增益系数；

通过仿真实验数据认证了系统的精确性与稳定性，成功地实现了末端位置的精确定位与振动抑制。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其特征在于：包括货柜(1)、货架(2)、推送机构(3)、直角坐标传动机构(4)和控制箱(5)；所述货柜(1)分为上腔室和下腔室，其中上腔室为多层结构，每层均安装有货架(2)，下腔室安装有控制箱(5)，货柜(1)柜门内表面下方设有暂存箱(6)，该货柜(1)柜门外表面对应暂存箱(6)位置开设有取货口；

所述货架(2)通过安装在货柜(1)内部左右两侧的固定导轨(7)定位安装，同时每层货架(2)上均匀设置有若干隔板(8)并形成前后方向的货道，货物放置在货道中；

所述直角坐标传动机构(4)包括X轴传动件机构(9)和Y轴传动件机构(10)，所述X轴传动机构(9)包括水平固定杆(9-1)，所述水平固定杆(9-1)两端上方通过第一支撑座(9-2)水平固定第一光杆(9-3)，所述水平固定杆(9-1)两端下方通过第一支撑座(9-2)水平固定第一移栽丝杆(9-4)，其中左端的第一支撑座(9-2)上固定有第一步进电机(9-5)，该第一步进电机(9-5)与第一移栽丝杆(9-4)连接，所述水平固定杆(9-1)两端的第一支撑座(9-2)分别连接一个竖直方向的十字固定座(9-6)，所述十字固定座(9-6)背离水平固定杆(9-1)的一侧安装有轴承座(9-7)；

所述Y轴传动机构(10)包括三个固定杆组成的U形固定杆(10-1)、第二移栽丝杆(10-2)、两个第二光杆(10-3)，所述U形固定杆(10-1)固定安装在货柜(1)后方内侧壁上，其中左右两侧的U形固定杆(10-1)上下两端均安装有第二支撑座(10-4)，两个第二光杆(10-3)均通过该第二支撑座(10-4)与U形固定杆(10-1)平行固定设置，其中在左侧的U形固定杆(10-1)和第二光杆(10-3)之间平行设置有第二移栽丝杆(10-2)，左侧的U形固定杆(10-1)上端第二支撑座(10-4)上安装有第二步进电机(10-5)，该第二步进电机(10-5)与第二移栽丝杆(10-2)连接，所述第二移栽丝杆(10-2)和第二光杆(10-3)均穿过水平固定杆(9-1)两侧的轴承座(9-7)，所述X轴传动件机构(9)可在第二移栽丝杆(10-2)的带动下进行垂直运动；

所述推送机构(3)包括滑台(3-1)，所述滑台(3-1)套装在水平固定杆(9-1)上，该滑台(3-1)上端开设有通孔，下端开设有螺纹孔，所述第一光杆(9-3)和第一移栽丝杆(9-4)分别穿过通孔和螺纹孔，所述滑台(3-1)可在第一移栽丝杆(9-4)的带动下左右滑动，所述滑台(3-1)上表面安装有固定架(3-2)，该固定架(3-2)靠近货架(2)的一侧铰接有剪叉臂(3-3)，该剪叉臂(3-3)末端铰接有推板(3-4)，所述固定架(3-2)背离货架(2)的一侧安装有电动推杆(3-5)，所述电动推杆(3-5)与剪叉臂(3-3)连接，该电动推杆(3-5)可带动剪叉臂(3-3)进行伸展或收缩的直线运动；

所述控制箱(5)分别与第一步进电机(9-5)、第二步进电机(10-5)和电动推杆(3-5)连接，分别控制X轴传动机构(9)在第二移栽丝杆(10-2)上的垂直运动，滑台(3-1)在第一移栽丝杆(9-2)上的水平移动以及剪叉臂(3-3)的伸缩运动。

2.根据权利要求1所述的一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其特征在于：所述第一步进电机(9-5)与第一移栽丝杆(9-4)之间安装有第一联轴器，所述第二步进电机(10-5)与第二移栽丝杆(10-2)之间安装有第二联轴器。

3.根据权利要求1所述的一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其特征在于：所述暂存箱(6)底部安装有若干个压力传感器(11)，所述压力传感器(11)与控制箱(5)连接。

4.根据权利要求1所述的一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其特征在于：所述货柜(1)柜门为带把手的双开门，左侧柜门对应上腔室位置为透明有机玻璃，所述右侧柜门外表面从上向下依次安装有红外夜视监控器(12)和触摸显示屏(13)，所述红外夜视监控器(12)用于监控货柜周围情况，所述触摸显示屏(13)用于显示并选择商品，以及播放动态视频，所述右侧柜门内表面安装有备用电源(14)，所述红外夜视监控器(12)、触摸显示屏(13)和备用电源(14)均与控制箱(5)连接。

5.根据权利要求1所述的一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其特征在于：所述控制箱(5)内部包括变压器(5-1)、散热风扇(5-2)和主控板(5-3)，所述变压器(5-1)连接外部电源，所述主控板(5-3)分别与变压器(5-1)和散热风扇(5-2)连接，所述控制箱(5)箱体侧壁上开设有若干均匀散热孔。

6.根据权利要求5所述的一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其特征在于：所述主控板(5-3)采用基于自主切换式PID的自抗扰控制算法，来抑制由于X轴传动机构(9)和Y轴传动机构(10)对末端剪叉臂(3-3)产生的残余振动。

7.根据权利要求1所述的一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其特征在于：所述下腔室内部还安装有为上腔室降温所用的制冷压缩机(15)，该下腔室背面板上分布有均匀通气孔，用于与外界空气实时对流散热。

8.根据权利要求1所述的一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其特征在于：所述货柜(1)底端四个角安装有支撑脚(15)。

9.根据权利要求1所述的一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其特征在于：所述第一移栽丝杆(9-4)和第二移栽丝杆(10-2)均为滚珠丝杆。

10.根据权利要求1所述的一种直角坐标传动的自动售卖机出货装置，其特征在于：所述水平固定杆(9-1)和U形固定杆(10-1)的材质为工业铝型材。

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