《自动售货机设计案例报告【5000字论文】》

自动售货机设计案例报告智能奶茶售货机的结构设计阿目录TOC\o"1-3"\h\u16701绪论 3303532智能奶茶饮品调配售货机系统整体方案设计 3234052.1奶茶饮品调配售货机用户需求分析 3322722.1.1消费者需求分析 345982.1.2经营者需求分析 4216342.2系统整体方案设计与分析 4320212.2.1系统研究目标 4127772.2.2系统整体思路设计 5189952.2.3系统整体结构设计 6219392.3系统运行流程分析 930853总结 1121867参考文献 131绪论近年来，随着人们生活水平的不断提高，休闲消费逐渐成为国内居民生活的重要组成部分，休闲产业也随之兴起——休闲饮品店。对于奶茶这个口味品种多样的休闲饮品，具有方便快捷时尚的特点，受到越来越多消费者的喜爱，尤其是年轻消费者。随着人们可支配收入的不断增长，休闲饮品的快速升级和多样化，奶茶消费群体不断扩展，群体规模也在逐渐扩大。而且，奶茶行业作为饮料制造业里新兴的细分行业，多年以来销售速度飞速并且毛利较高，吸引了不少市场参与者的加入，饮料行业巨头纷纷争先投入奶茶市场。鉴于上述现状，本文主要研发了一种无人化的智能饮品调配售货机系统，将休闲饮品的人工调配过程转变为机械自动可视化调配过程，可以对售货机的各种饮品配料的储存量实时监控，智能通知补货员是否需要及时补充货物，同时对消费者的相关购买信息进行收集、储存、管理和加工，运营商通过对其进行数据挖掘来获取其中有意义的、具有潜在价值的信息，从而使得饮品调配售货机的管理更加智能化。2智能奶茶饮品调配售货机系统整体方案设计2.1奶茶饮品调配售货机用户需求分析2.1.1消费者需求分析本课题研究的饮品调配售货机所要售卖的是现场调配的休闲饮品，比如奶茶这种受大众欢迎的饮品，消费者对此类的休闲饮品的要求大体上如下:(1）需要所购买的饮品口感好，这是保证对消费者忠诚态度的基本条件;(2）要求自动售货机可售饮品是现配的且种类多，这不仅能增加消费者的购买兴趣，而且现配饮品更符合现代人们对绿色健康食品的追求以及养生观念;(3）饮品调配可以根据消费者不同需求进行选择，消费者可以购买单种配料的饮品，也可以购买多种配料的饮品，售货机提供消费者自我选择的配料;(4）购买流程简单，操作方便，饮品调配时间需要尽量短，过长时间的等待会使得消费者失去用自动售货机购买饮品的耐心。而且，消费者对自动售货机这种无人进行看管、方便灵活的全新一代售货方式也有以下一些需求[311:(1）工作需要稳定可靠，不能出现选择饮品后无法进行支付，从而导致不能进行饮品调配售卖;(2）支付手段需要满足当代支付需求与形式，一般最简单常见的支付方式就是投入纸币或者硬币来进行购买。但是对于特定场合或者人群来说也可对应地提供不同的支付方式。比如，对于学校这种能够使用校园一卡通来支付的场所，一卡通支付的方式能够较大程度方便师生进行购买;对于一些经济比较发达的地区，手机支付正在逐渐成为主流支付方式，自动售货机自然要满足这种主流支付方式;还有其他的支付方式，比如银行卡、IC卡消费等等。2.1.2经营者需求分析提供自动售货机这种服务以及对其进行维护的管理个体或者团队，统一称之为经营者。他们是体现市场需求的一个群体，他们的需求也更能贴近市场对自动售货机的产品需求、功能需求以及整个自助售货行业的发展趋势所在[32][33]。经营者对自动售货机的要求大致如下:(1）饮品调配售货机要可靠稳定地运作，使用寿命长，整体功耗低，维护成本低，能够适于不同的工作环境;(2）售货机内的执行部件需有故障检测与故障报警的功能，可以自动进行检测、恢复以及停止等功能;(3）最好能够具有远程监控，销售信息统计以及管理的功能，能对设备的运行情况做及时汇报，且便于经营者能更好地去了解市场需求，从而及时做出销售策略调整;(4)可充分地发挥自动售货机具备的特有附加价值，比如新颖外观、配置触摸屏作为人机界面和广告媒介载体等等，增加亲和力以及吸引力。2.2系统整体方案设计与分析2.2.1系统研究目标本课题研究目标是研制一款智能饮品调配售货机系统，能够完成对休闲饮品的调配与售卖过程。目的是将休闲饮品的人工调配制作过程转换为机械自动可视化形式的调配过程，并对各种饮品原浆的储存量实时监控，智能通知补货员是否需要及时补充货物，同时对消费者的相关购买信息进行收集、储存、管理和加工，方便运营商对其进行数据挖掘来获取其中有意义的、具有潜在价值的信息，使得饮品调配售货机的管理更加智能化。消费者通过触摸屏向机械手传递任务命令，机械手本体接受任务命令后，完成饮品的调配，传送，出货的功能。系统中机械手主体理想工作区域如图2.1所示。图2.1系统中机械手主体理想工作平面图消费者通过上位机对机械手进行任务指令的下达，机械手接受到信息指令后，按照一定的程式开始进行工作，从而完成取杯、加饮品原浆等一系列调配过程，最终将调配好的饮品通过饮品旋转托盘送出，便于消费者自行拿取。2.2.2系统整体思路设计本课题是将运用机械手实现饮品的自动调配过程，即用机械手来取代人工饮品调配过程，但饮品调配的过程相对来说比较复杂，倘若仅仅依靠单独的系统模块是很难实现的，因此需要将一个大系统分解成多个小系统模块进行相互配合工作，从而完成整个系统的基本要求，所以在整个设计过程中需要根据以下基本设计法则进行考虑:(1）设计合理的饮品调配灌装控制系统，能够保证饮品原浆被定量的灌装至饮品杯中;(2)根据不同饮品杯的外观结构设计合理的机械手末端夹取饮品杯的机械手爪，保证整个夹取过程的可靠性与稳定性;(3）合理地设计符合系统要求的机械手，能够准确地将夹取好的饮品杯送至工作平面的任意位置，并且不与系统中的其它机械结构发生碰撞;(4）根据系统基本要求选择最合适的控制方案，从而保障整个系统能够稳定地进行工作过程。2.2.3系统整体结构设计根据休闲饮品人工调配制作过程，结合自动售货机售卖相关技术和整个系统所需要的机械结构，提出智能饮品调配售货机控制系统的设计方案。智能饮品调配售货机控制系统主要由机械手自动夹取饮品杯模块、饮品原浆自动灌装模块、饮品自动传输平台模块、系统运动控制模块以及上位机模块组成。机械手自动夹取饮品杯模块是整个饮品调配过程中重要组成部分之一，它对整个系统的稳定和可靠性有非常大的影响。它主要是完成对饮品杯进行准确定位夹取，并在一定范围内将夹取好的饮品杯以正确的方式送至饮品原浆灌装预定的工位处，机械手本体是整个系统中轴心部件，起到机器换人的作用。机械手通常由控制器、驱动器、机械手臂以及末端执行器构成。因此结合本课题研究方案设计，采用空间三自由度机械手作为本系统中完成饮品调配过程的关键部件。饮品原浆自动灌装模块是用于对饮品原浆进行定量灌装的部分，主要由若干个定量灌装箱设备组成，每个定量灌装箱设备里面储存着一种饮品原浆，当接收到控制系统的指令后，定量灌装箱设备上面的液体电磁阀开始工作，从而使得定量灌装箱里面的饮品原浆流至饮品杯中。饮品自动传输平台模块是将调配好的饮品送出系统工作环境，即机械手将调配好的饮品送至饮品传输平台上的饮品传递托盘上，系统控制饮品传输平台工作完成饮品自动传输过程。由于传统的旋转平台体积、质量较大，并且结构较复杂，价格偏高，更加适合带动大负载运转，因此，结合本系统所需性能指标，对于本系统中饮品杯这类小负载来说，选取自行设计的饮品自动传输平台对饮品进行传输。具体的饮品自动传输平台设计结构将在后续相关章节进行详细解释说明。运动控制模块是实现整个饮品调配售货机系统的运动控制核心模块，它主要是控制机械手对饮品杯的自动定位夹取和传送，自动定量灌装模块对饮品原浆的定量灌装以及自动传输平台模块对调配好后的饮品进行输送。因此。根据具体实际研究需求，本课题选择搭建基于可编程控制器(PLC)的运动控制系统。上位机模块主要是负责对消费者选取饮品、支付等环节数据的接受、处理和控制指令的下达，可编程控制器作为下位机部分的核心处理器接收到选择指令后，控制着系统中其他相应模块进行工作。并且上位机能将消费者的购物交易信息数据进行归纳分析，运行商利用对该数据与信息的挖掘来获取不同饮品的售卖情况以及用户的喜好等，从而后续可以有目的性地去上架新饮品以及研制不同口味的饮品，给消费者提供更好地选择与体验，实现饮品调配售货机系统的智能化。智能饮品调配售货机系统整体结构组成如图2.2所示。图2.2系统整体结构组成图机械手自动夹取饮品杯模块主要是由自行设计的空间三自由度机器人的大、小手臂和末端的执行机构气动夹取抓手等机械结构组成，其主要功能就是对饮品杯的抓取以及将饮品杯送至系统所需要达到的工位，即饮品原浆灌装工位和饮品自动传输工位。首先机器人在竖直方向(Z轴方向)上升到抓取饮品杯平面，然后气动夹取抓手夹住饮品杯，整个机器人在竖直方向下降至初始位置平面，接着由平面二自由度机械手臂带动着气动夹取抓手将饮品杯送至对应饮品灌装工位进行相应饮品的灌装，对应饮品原浆灌装好后，机械手臂带动着气动夹取抓手将装有对应饮品原浆的饮品杯送至饮品传递托盘上，从而实现系统中对饮品杯整个传送过程。饮品原浆自动灌装模块主要由饮品原浆储存容器和液体电磁阀组成，其主要功能就是饮品原浆储蓄容器对饮品原浆进行储存和液体电磁阀对饮品原浆灌装管路的通断。首先饮品原浆被储存在饮品原浆储存容器中，当消费者选购所需饮品后，机械手根据前面所述运动过程将饮品杯送至相应饮品灌装工位，然后通过控制连接在饮品原浆储存容器上的液体电磁阀的通断时间，从而接取一定量的饮品原浆完成对饮品原浆的灌装。饮品自动传输平台模块主要由饮品传递托盘和电动旋转机构组成，其主要功能就是将机械手送至托盘上调配好的饮品从系统工作空间内部送至外部，以便供消费者自行拿取。首先机械手将调配好的饮品送至饮品传递托盘上，然后通过控制电动旋转机构带动饮品传递托盘旋转，将调配好的饮品送出售货机外，实现饮品的自动传输。智能饮品调配售货机系统的三维整体装配图如图2.3所示。2.3系统运行流程分析在智能饮品调配售货机系统中，包括几个关键部位的运行过程，其系统整体工作运行流程如图2.4所示。图2.4系统整体运行流程下面对该系统的整体工作运行流程作简要阐述。（1)首先非移动机械手本体进行初始化使得机械手臂到达初始位置，消费者通过上位机的购物界面进行购物选择，移动手机的支付宝或者微信扫描触摸屏上的二维码，在移动手机上选择确认购物信息并支付;(2）当系统接收到该支付信号后，系统根据得到的指令信号，可编程控制器(PLC)控制高压气体电磁阀来使得非移动机械手升降以及气动夹取抓手动作，实现取饮品杯的动作;(3）非移动机械手完成取饮品杯之后，根据消费者选择饮品种类的不用，选择不同饮品原浆（此处饮品原浆l、原浆2、原浆3分别用冷水、热水、饮料替代）进行添加;(4)当系统接收到消费者选择不同饮品原浆的信号后，PLC输出两组脉冲指令分别控制机械手大臂、小臂的伺服驱动器，从而使伺服电机分别控制大臂、小臂转动，从而使得饮品杯达到相应饮品原浆灌装储存容器工位，进行相应饮品原浆的添加;(5）添加完饮品原浆，系统分别控制非移动机械手的大臂和小臂运动，使得非移动机械手将饮品杯送至饮品自动传输平台;(6）可编程控制器（PLC）控制高压气体电磁阀使得气动夹取抓手放开饮品杯;(7〉系统控制饮品自动传输平台的步进电机动作，带动连接在电动旋转机构上的饮品传递托盘旋转180°送出饮品;(8）最后系统控制非移动机械手的大臂和小臂运动到初始位置，于此完成整个饮品的调配与售货过程。3总结目前自动售货机虽然形式多样化，但就其出售的饮品而言，大多数都是已经固装好的瓶装矿泉水、饮料等，对于奶茶这种深受消费者青睐的现配饮品，现阶段仍以人工现场调配为主。本文针对所述问题，利用自动化相关技术提出一种智能饮品调配售货机系统的设计方案，来实现饮品调配过程的机械自动化。该系统不仅能实现机器换人的自动化理念，促进休闲饮品调配的自动化与现代化，而且有助于推动我国自动化产业的发展，更加顺应智能制造的趋势。同时，现配饮品更加有助于人们对养生的追求。对于很多想创业开奶茶店的投资者来说，该系统的研发可以节省店面费、装修费、人工费等一系列开销,在市场竞争上有较大优势和应用价值,发展前景也比较广阔。

参考文献