Автоматическое устройство для хранения и выдачи штучных товаров
AUTOMATIC DEVICE FOR STORAGE AND DISPENSING OF PIECE GOODS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области автоматической (вендинговой) торговли и может быть использовано при создании различных торговых автоматов и автоматизированных магазинов для продажи штучных товаров, преимущественно упакованных замороженных и охлажденных продуктов питания.
Уровень техники
Известен автомат для продажи замороженных продуктов, типа мороженого (см. патент TWМ 556113, МПК: A47F10/00, G07F9/00, опубл. 01.03.2018), содержащий холодильную камеру с размещенной в ней системой хранения в виде неподвижных полок, оснащенных механизмами поштучной выдачи, которые выталкивают товар с полки в приемный лоток, размещенный под холодильной камерой и отделенный от нее автоматически управляемой заслонкой, срабатывающей одновременно с механизмом поштучной выдачи. После того как заслонка закрывается, отделяя холодильную камеру от лотка, открывается окно выдачи и товар забирается покупателем.
Так устроено большинство известных автоматов. Основной проблемой автоматической торговли замороженными продуктами с использованием подобных конструкций является возможность проникновения внутрь автомата теплого воздуха, который попадает через окно выдачи, а затем, при последующем срабатывании заслонки, согласно законам физики, поднимается вверх в холодильную камеру, где конденсируется на внутренних поверхностях механизмов и упаковках с товаром, превращаясь в лед. Образование льда ведет к заклиниванию подвижных частей механизмов и невозможности отделения упаковок с товаром друг от друга при выдаче.
Упомянутые проблемы существенно возрастают при пополнении товарных запасов – загрузке товара, осуществляемой вручную через открытую дверь холодильной камеры. При этом восстановление требуемой температуры внутри камеры после загрузки требует времени и ведет к существенному повышению нагрузки на холодильные агрегаты.
Известно использование сменных кассет, заполняемых товаром вне автомата, см. патент SU 175759, опубл. 23.12.1965, что позволяет снизить негативные последствия загрузки, однако это не решает вышеупомянутые проблемы.
Известны конструкции торговых автоматов, в которых с целью снижения потерь холода и ограничения проникновения теплого воздуха, внутренний объем холодильной камеры разделен на ячейки, каждая из которых снабжена отдельным окном доступа (см. например, патент JPH 1186127, опубл. 30.03.1990г, патент US 4317604, опубл. 02.03.1982г или патент DE 69502464, опубл. 03.09.1998).
В конструкции торгового автомата для замороженных кондитерских изделий по патенту RU 2214781, МПК: А47F3/04, опубл. 27.10.2003, для устранения проблем, связанных с образованием льда внутри автомата, установлена периодически включающаяся нагревательная система.
Известны устройства, в которых морозильная камера дополнительно отделена от остального пространства автомата подвижной стенкой (например, патент US 5236103, МПК: G07F11/00, опубл.17.08.1993г).
Однако все вышеупомянутые решения связаны с дополнительным усложнением конструкции автомата и при этом не исключают образование конденсата.
Еще одним существенным недостатком всех вышеупомянутых аналогов является  ограниченный объем товара, что обусловлено использованием стеллажных систем хранения с неподвижными полками. В этих случаях увеличение объема товара возможно только за счет расширения занимаемой торговой площади, т. к. высота системы хранения ограничена высотой человеческого роста, позволяющей дотянуться до соответствующего окна с товаром, и безопасной высотой падения товара с полки.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого технического решения принята конструкция устройства для хранения и выдачи штучных товаров, использованная в автомате для продажи замороженных штучных товаров, см. патент SU 210509, МПК: G07F11/00, опубл. 06.11.1968 г.
Согласно патенту SU 210509, устройство для хранения и выдачи штучных товаров содержит, по меньшей мере одну, холодильную камеру, в которой размещен, как минимум один, элеватор с кассетами, перемещаемыми по замкнутой траектории, средство для извлечения товара из кассеты и средства транспортировки товаров к месту выдачи. Упомянутые признаки являются сходными с существенными конструктивными признаками заявляемого устройства.
Кассеты для товаров, используемые в упомянутом устройстве, выполнены в виде коробчатых звеньев для поштучного размещения товаров, которые установлены одна за другой и попарно соединены между собой шарнирами с образованием бесконечной цепи. Цепь из кассет перемещается подобно обычному вертикальному конвейеру посредством двух зубчатых колес, поочередно захватывающих оси шарниров своими зубьями.
В процессе работы, кассета с выбранным товаром, двигаясь по замкнутому контуру, перемещается на заданный уровень, где товар выталкивается из кассеты и посредством системы лотков скатывается вниз, в нишу выдачи.
Существенным достоинством ближайшего аналога является использование элеваторной системы хранения товаров, что обеспечивает большую товарную емкость автомата при небольшой занимаемой площади.
Недостатком ближайшего аналога является невысокая надежность работы устройства, что обусловлено возможностью проникновения теплого воздуха внутрь холодильной камеры при выдаче товара и загрузке и образования льда на подвижных частях приводных механизмов и упаковках с товаром.
Заявляемое изобретение направлено на решение упомянутой проблемы образования конденсата и намерзания внутри холодильной камеры и разработку конструкции, характеризующейся большой товарной емкостью и высокой эксплуатационной надежностью.
Достигаемые технические результаты заключаются в повышении надежности работы устройства в условиях низких температур за счет исключения попадания теплого воздуха внутрь холодильной камеры и образования конденсата и возможности выполнения автоматической загрузки товара через окно выдачи.
Раскрытие изобретения
Вышеупомянутая техническая проблема решена и результаты достигнуты благодаря тому, что в автоматическом устройстве для хранения и выдачи штучных товаров, содержащем, по меньшей мере, одну холодильную камеру, размещенный в ней элеватор с кассетами для товаров, перемещаемыми по замкнутой траектории, средство перемещения товара относительно кассеты и средства транспортировки товаров, доставляющие их к месту выдачи, согласно заявляемому изобретению, средство перемещения товара относительно кассеты выполнено в виде захватного механизма, установленного с возможностью перемещения товара между кассетой, размещенной в крайнем верхнем уровне элеватора, и средствами транспортировки товаров, размещенными вне холодильной камеры и выполненными с возможностью реверсивного движения.
Поясним использованные в формуле термины.
Кассеты - носители товаров, взаимозаменяемые приспособления, обеспечивающие оптимальные условия для размещения, хранения и транспортировки товаров.
Элеватор – то же, что и вертикально замкнутый циркулирующий конвейер, обеспечивающий перемещение кассет с товаром по замкнутой траектории и их фиксированную остановку в заданном уровне для выдачи и загрузки товара.
Захватный механизм – грузоподъемное устройство (грузоподъемный механизм), с помощью которого захватывают товар и удерживают его при различных перемещениях. Обычно захватный механизм включает захватный орган (зажим, собственно захват) и средство его относительного вертикального перемещения, что позволяет выполнять извлечение (выгрузку, выдачу) товара из кассеты и его загрузку в кассету.
Как и в ближайшем аналоге, благодаря использованию элеваторной системы хранения товаров (элеватора, вертикально замкнутого конвейера) обеспечена большая товарная ёмкость устройства при его высокой компактности и малой занимаемой площади.
Существенным отличием предлагаемого устройства от ближайшего аналога является то, что выдача товара осуществляется с верхнего уровня системы хранения, на который элеватор выводит кассету с нужным товаром.
Средство перемещения товара относительно кассеты, выполненное в виде захватного механизма, извлекает товар из кассеты, размещенной в крайнем верхнем уровне элеватора, и перемещает его за пределы холодильной камеры на средства транспортировки, доставляющие товар к месту (окну) выдачи.
При этом за счет выполнения средств транспортировки товаров с возможностью реверсивного движения и возможности двусторонне-направленного возвратно-поступательного перемещения захватного механизма между кассетой, размещенной в крайнем верхнем уровне элеватора, и средствами транспортировки товаров, в устройстве обеспечена возможность автоматической загрузки товаров через окно выдачи с использованием тех же механизмов, что и при выдаче товара.
Благодаря тому, что все манипуляции с товаром выполняются в самой верхней части холодильной камеры, исключено проникновение теплого воздуха в систему хранения. Теплый воздух, попавший в зону загрузки-выгрузки товара, не спускается в расположенную ниже систему хранения, согласно известным законам физики, утверждающим, что теплый воздух всегда поднимается кверху. В результате исключается образование конденсата, предотвращается образование льда и связанные с этим проблемы, что обеспечивает надежную и бесперебойную работу устройства на протяжении всего периода эксплуатации.
В качестве средств транспортировки могут быть использованы простые линейно перемещающиеся механизмы.
Предпочтительно средства транспортировки товаров включают размещенный вблизи холодильной камеры подъемник для вертикального перемещения товара между крайним верхним уровнем элеватора и уровнем выдачи, и, в некоторых случаях, ленточный транспортер, соединяющий зоны действия захватного механизма и подъемника.
В качестве захватного механизма, предпочтительно, использование вакуумного захвата или захвата с турбинными присосками, установленного на горизонтально подвижной, т. е. имеющей возможность возвратно-поступательного горизонтального перемещения каретке.
Под вакуумным захватом подразумеваются любые устройства, конструкция которых основана на принципе создания разряжения, обеспечивающие возможность захвата товара при одностороннем доступе к нему.
Использование механизмов простого (линейного) действия дополнительно способствует надежности работы устройства. Работа таких механизмов может осуществляться параллельно, т. е. с перекрытием по времени, что позволяет добиться высокой производительности выдачи и загрузки.
В зависимости от вида размещаемых продуктов (товаров) холодильная камера выполнена с возможностью поддержания температуры (-18±2)°С, или  (2±2)°С, для размещения, соответственно замороженных и охлажденных продуктов.
Холодильных камер может быть две, три или более, из которых одна часть может быть использована для размещения охлажденных продуктов, другая – для замороженных.
В этом случае ленточный транспортер соединяет зоны действия подъемника и зоны действия захватных механизмов всех холодильных камер.
Предлагаемое устройство имеет практически неограниченные возможности увеличения ёмкости, а значит и товарного ассортимента, при неизменной занимаемой площади, за счет увеличения высоты элеватора. Возможность автоматической загрузки с удобного эргономичного уровня окна выдачи снимает практически все ограничения увеличения высоты элеватора. Высота последнего может быть ограничена только высотой помещения и технологическими параметрами используемых механизмов.
Все вышеупомянутые технические результаты, обеспеченные предлагаемой конструкцией, способствуют экономической привлекательности использования предлагаемого устройства в автоматизированных магазинах и торговых автоматах для розничной продажи продуктов питания.
В конкретном примере реализации устройства в качестве элеватора использован циркулирующий конвейер с пошаговым перемещением кассет по замкнутой траектории, при этом траектория перемещения кассет сформирована совокупностью направляющих, образующих два параллельных вертикальных канала, в каждом из которых кассеты установлены одна на другую, а привод перемещения кассет включает механизмы вертикального перемещения кассет вдоль каналов и механизмы для передачи между каналами кассет, размещенных в крайнем верхнем и в крайнем нижнем уровнях.
Отсутствие цепных приводов и использование простых механизмов для перемещения кассет, в этом случае, дополнительно способствует надежной работе в условиях низких температур.
Кассеты, предпочтительно, выполнены в виде открытых сверху прямоугольных контейнеров, обеспечивающих возможность размещения, как минимум, одной стопки товаров.
В некоторых случаях кассета может состоять из нескольких отделений, каждое из которых выполнено с возможностью размещения стопки товаров. В этом случае средство для перемещения товара относительно кассеты выполняется с возможностью независимого взаимодействия с каждым отделением кассеты.
Суть предлагаемого технического решения поясняется приведенными ниже примерами осуществления и чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - общий вид торгового автомата, использующего предлагаемое устройство для хранения и выдачи штучных товаров;
на фиг. 2 – сечение А-А с фиг.1;
на фиг. 3- пример исполнения кассеты (в трех видах);
на фиг. 4 (а-г)  - иллюстрирована работа устройства;
на фиг. 5 – пример исполнения устройства для хранения и выдачи штучных товаров с  несколькими холодильными камерами.
Осуществление изобретения
Автоматическое устройство для хранения и выдачи штучных товаров, преимущественно замороженных и охлажденных продуктов питания в индивидуальной упаковке, может быть использовано в различных конструкциях торговых автоматов. Общий вид одного такого торгового автомата представлен на фиг. 1.
В общем случае торговый автомат содержит корпус 1 с окном выдачи 2, размещенные на внешней поверхности корпуса панель  выбора товара 3, терминал оплаты 4 и прочие элементы, необходимые для осуществления выбора и покупки товара. Для удобства покупателя может быть устроена столешница 5.
В корпусе 1 автомата размещено устройство для хранения и выдачи штучных товаров (см. фиг. 2), включающее вертикальную камеру 6, оснащенную холодильной установкой (далее - холодильную камеру 6) в объеме которой размещен элеватор 7 с носителями товаров - кассетами 8, перемещаемыми по вертикально замкнутой траектории, захватный механизм 9, например, вакуумный захват, установленный на горизонтально-подвижной каретке 10, и подъемник 11, размещенный вблизи, т.е. недалеко за пределами, холодильной камеры 6.
В качестве элеватора 7 могут быть использованы различные конструкции вертикальных конвейеров, например, стеллажи элеваторного типа, известные также как патерностеры. Однако более предпочтительным является использование конструкции с бесцепным приводом перемещения кассет.
В предпочтительном примере осуществления устройства траектория перемещения кассет 8 сформирована совокупностью направляющих (на чертежах не показаны), образующих два параллельных вертикальных канала, в каждом из которых кассеты 8 установлены одна на другую.
Привод перемещения кассет 8 включает механизмы пошагового перемещения кассет вдоль каналов : подъема - в одном канале и опускания - в другом, и механизмы для передачи между каналами кассет, размещенных в крайнем верхнем и в крайнем нижнем уровнях. В простейшем случае это может быть система толкателей 12 (на чертежах показаны условно).
Отсутствие цепей способствует высокой надежности работы приводных механизмов в условиях отрицательных температур и надежности автомата в целом.
Кассета 8 выполнена в виде открытого сверху контейнера, например, см. фиг. 3, позволяющего разместить стопку товаров. В каждой кассете 8 размещают товары одного наименования (вида, артикля). В стопу могут быть сложены продукты, упакованные в жесткие прямоугольные коробки, например, пиццы, пироги, а также продукты (товары), упакованные в мягкие пакеты, например, пельмени, вареники и проч.
Кассета может состоять из нескольких отделений, каждое из которых обеспечивает возможность размещения стопки товаров.
Для снижения силы трения при движении в направляющих кассеты 8 могут быть снабжены роликами.
В зависимости от вида размещаемых продуктов, холодильная камера 6 может быть выполнена низкотемпературной, с рабочей температурой (-18±2)°С, необходимой для размещения замороженных продуктов, или среднетемпературной с рабочей температурой (2±2)°С - при размещения охлажденных продуктов.
В некоторых случаях целесообразно предусмотреть подачу холодного воздуха с температурой (2±2)°С в зону подъемника 11, например, в случае работы автомата в условиях повышенных температур. Это может быть реализовано за счет использования двухканальной системы охлаждения.
Выдача и загрузка товаров осуществляется в автоматическом режиме под управлением компьютерной (электронной) системы управления с соответствующим программным обеспечением (на чертежах не показана).
Система управления электрически связана с панелью выбора товара 3 и терминалом  оплаты 4, отслеживает наличие и ассортимент размещенного в кассетах 8 товара, управляет работой приводных механизмов и может быть связана по беспроводным каналам связи с удаленным контролирующим сервером торговой сети.
Устройство хранения и выдачи товара работает следующим образом.
Покупатель, используя панель 3 и терминал оплаты 4, выбирает и оплачивает товар. При поступлении соответствующего сигнала, система управления поднимает кассету 8 с нужным товаром 13 в крайнее верхнее положение, обозначенное на чертежах как 8' (см. фиг. 4)
Вакуумный захват 9, установленный на каретке 10, извлекает товар 13 из кассеты 8' и, удерживая его, перемещает за пределы холодильной камеры 6 на грузонесущую площадку 14 подъемника 11, который опускает товар с уровня, соответствующего крайнему верхнему уровню элеватора, на уровень окна выдачи 2, откуда товар забирается покупателем. При необходимости, в уровне окна выдачи 2 может быть установлен толкатель 15, позволяющий переместить товар 13 с грузонесущей площадки 14 подъемника 11 ближе к покупателю (см. фиг. 4 а  - г).
В случае выбора покупателем нескольких товаров, их выдача осуществляется последовательно.
Устройство позволяет осуществить загрузку товаров через окно выдачи 2, с использованием реверса подъемника 11 и возможностей возвратно-поступательного перемещения захвата 9. Последовательность операций загрузки обратная.
Для загрузки оператор, обслуживающий торговый автомат, переводит систему управления в режим загрузки и выбирает вид загружаемого товара нажатием соответствующих кнопок на панели управления. Система управления поднимает соответствующую кассету 8 в крайнее верхнее положение - на верхний уровень элеватора.
Товары поочередно кладутся через окно выдачи 2 на размещенную в одном уровне с окном грузонесущую площадку 14 подъемника 11, который осуществляет вертикальное перемещение товара. С грузонесущей площадки подъемника 11 товар забирается захватом 9 и перемещается к кассете, размещенной в верхнем уровне.
Благодаря тому, что выдача и загрузка товаров осуществляются через верх холодильной камеры 6, исключено проникновение теплого воздуха в систему хранения товаров, а значит исключено образование конденсата на поверхностях подвижных механизмов и упаковках с товаром внутри холодильной камеры 6, что в итоге обеспечивает бесперебойную работу устройства и автомата в целом, на протяжении всего периода эксплуатации.
Предлагаемая конструкция может быть использована в качестве типового модуля при создании торговых автоматов и автоматизированных магазинов большой емкости.
1
2
3
4
На фиг. 5 приведен пример осуществления предлагаемого технического решения, когда в одном корпусе торгового автомата размещены четыре холодильные камеры 6, 6,6,6 , в каждой из которых размещен элеватор 7.
Часть камер используют для размещения замороженных продуктов, для чего в них поддерживают постоянную температуру -18±2°С, другую - для размещения охлажденных продуктов с температурой хранения 2±2°.
Каждый элеватор 7 обслуживается собственным вакуумным захватом 9, установленным на каретке 10. При этом устройство дополнительно содержит горизонтальный ленточный транспортер 16, соединяющий зоны действия подъемника 11 и вакуумных захватов всех холодильных камер. Работа всех механизмов синхронизируется системой управления.
Возможным является размещение в каждой камере не одного, а двух или более элеваторов 7, предпочтительно, обслуживаемых каждый своим захватным механизмом.
Приведенные выше примеры конкретного осуществления служат для лучшего понимания сути заявляемого изобретения и показывают возможность его промышленной применимости. При этом следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается приведенными примерами.