摘要：分析了将自动存取鞋立体车库应用于会所等服务行业的可行性和技术特点， 介绍了一种采用三轴搬运器、鞋盒对接提升装置和鞋架的自动立体车库， 并分析了该设备的工作流程， 是目前首例应用于会所的自动化鞋类存取立体仓库。
关键词：存取鞋； 立体仓库； 鞋架； 三轴搬运器； 会所；
1 绪论
随着自动化技术的发展， 制造业工厂机器换人、设备互联化、生产智能化等创新实践给其他行业如服务业带来了良好的启示， 同时给自动化行业带来新的机遇和挑战。服务行业中存在很多需要人工完成的环节， 其中有些环节工作环境差、劳动时间长， 并且不是很体面。比如会所中的鞋吧， 当有顾客进入时， 需要服务员及时给顾客换上拖鞋， 换下的鞋子和袜子需要快速存入鞋柜， 并且不能错乱；当顾客离开时， 又需要把顾客的鞋子和袜子取出并递给顾客换上。对每个顾客都是如此， 整个过程既繁琐又脏累， 需要随时提供服务， 是一项非常不体面的活。如果能使用自动存取设备取代人工完成存取鞋设备， 将是一件非常有意义的项目。本文所论述的正是一种应用于服务行业的能够取代人工的自动存取鞋仓库设备。
2 应用场景及特点
2.1 物料特点
此处物料是鞋类， 而且是两只一双， 没有固定统一的外形、高度、长度、款式， 直接搬运的话， 对夹具选择难度很大。通过调查， 发现成人的鞋虽然码数不同， 但正常码数范围内装鞋的鞋盒都是统一规格， 这样就可以得出结论， 用统一规格的盒子作为载具， 将鞋子放入鞋盒， 把无固定外形的物料变成规则外形的物料， 就可以实现成双鞋的搬运。通过鞋类数据统计， 设计出适合绝大部分鞋类容纳的鞋盒， 便完成存取设备中搬运器设计的第一步。
2.2 应用场景
会所的鞋吧一般设置在接待大厅偏僻位置， 利用偏僻角落封闭起来做成多层鞋柜或鞋架。这就要求自动存取设备的存储架占地小， 存储单元尽量多， 做成多层、多排结构型式。另一方面， 鞋吧应尽量靠近顾客换鞋的位置， 提高顾客出入效率。
2.3 工况特点
存取设备应随时响应顾客的存取鞋需求， 尽量减少顾客等待的时间， 这就要求搬运器响应速度快、跑位精确、重复误差小等。此外， 取鞋时不能出错， 为顾客取到错误的鞋子是非常麻烦的情况。鞋盒编号与顾客的手牌号码应一一对应或设为同一编码；鞋盒与存鞋位也应一一对应， 以便出错时有迹可循。
2.4 关键技术点
首先， 鞋子放入鞋盒后， 搬运器应立即知道应存入哪个存鞋位， 鞋盒应能被识别到编码。其次， 搬运器响应速度快、跑位精准， 最好的选择就是采用伺服系统。
最关键的技术点是， 搬运器采用何种取物机械手， 搬运器与鞋盒对接、移动的要求是可靠、快速。有效载荷是鞋与鞋盒， 对接装置不宜笨重， 最好不采用动力驱动对接， 这样会增加控制点和不可靠性。
3 存鞋立体仓库系统构成
根据前述分析， 设计出存取鞋立体仓库设备由如下部分组成， 如图1、图2所示。
（1） 存鞋架：采用铝合金型材搭建， 划分为多层多列的存鞋位， 具有重量轻、连接件标准化、适用性好等特点；
（2） 搬运器：搬运器采用X、Y、Z三维方向的同步带滑台， 由伺服电机驱动， 与鞋盒对接的机械装置由对接叉片和安装板组成， 固定安装在滑台上。
（3） 鞋盒：为敞口塑料盒， 边缘设有下卷边， 搬运时对接提升叉片插入鞋盒下卷边并贴近鞋盒端面， 端起鞋盒移动。
（4） 编码识别系统：每个存鞋位配一个鞋盒， 鞋盒编码与存鞋位编码相同， 鞋盒底部安装有IC芯片， 存取鞋窗口安装有IC读取器， 当鞋盒取送至存取窗口时， 系统能读取到鞋盒编码。
（5） 控制系统：控制系统由下位机控制和上位机控制系统组成， 下位机即PLC控制器， PLC存储伺服驱动程序控制伺服电机和滑台完成走位动作；上位机即计算机系统， 存储鞋位及IC编码、原点位置、鞋位位置、存鞋数量等数据信息， 通过MODBUS通信协议与下位机通信， 指挥下位机完成搬运动作。
（6） 人机界面：人机界面即上位机显示屏， 采用触摸屏， 可显示仓库存储信息、存取窗口鞋盒编码、搬运器运行状态、控制系统状态信息等， 可输入编码取鞋、临时存鞋等特定操作。
图1 自动存取鞋立体仓库正面
1-存鞋架， 2-三轴搬运器， 3-鞋盒， 4-存取鞋窗口， 21-上X轴滑轨， 22-下X轴滑轨， 23-Y轴滑轨， 25-传动轴， 26-伺服电机， 27-对接提升装置
4 工作原理
存鞋工作流程是：顾客进场领取手环， 将手环靠近读卡器， 读卡器读出手环编号并发送信号给上位机控制系统， 上位机发送指令给下位机控制系统并控制伺服系统驱动三轴搬运器将相应编号的鞋盒送至存取鞋窗口， 顾客将自己的鞋袜放入鞋盒， 鞋盒放入存取鞋窗口， IC读卡器读取鞋盒编码， 发送信号给控制系统， 伺服系统驱动三轴搬运器将鞋盒搬运至对应存鞋位， 并传回信息给控制系统， 完成存鞋过程。
图2 自动存取鞋立体仓库侧面
取鞋工作流程是：顾客消费完后至前台结账， 前台读卡器读到顾客编号并发送信号给立体仓库控制系统， 控制系统控制伺服系统驱动三轴搬运器将相应编号的鞋盒送至存取鞋窗口， 顾客从存取鞋窗口将鞋盒取出， 拿出自己的鞋袜后将鞋盒放入存取鞋窗口， 窗口读卡器读到鞋盒编码， 发送信号给控制系统， 控制伺服系统驱动三轴搬运器将鞋盒存入对应存鞋位， 并传回信息给控制系统， 完成取鞋过程。
5 结论
自动存取鞋立体仓库可实现会所服务窗口存取鞋自助化和自动化， 有助于减轻人工劳动强度， 改善劳动环境， 避免服务差错；同时， 由机器取代人工也能降低企业经营成本。
参考文献
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