УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ВЫДАЧИ ШТУЧНЫХ ТОВАРОВ
PIECE GOODS STORAGE AND DISPENSING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится, преимущественно, к области автоматизации процессов розничной торговли и может быть использовано при создании различных торговых автоматов, магазинов, а также автоматизированных складов для штучных товаров.
Уровень техники
Известны устройства для хранения и выдачи штучных товаров в торговых автоматах, содержащие вертикальную камеру с размещенными в ней неподвижными полками, оснащенными механизмами поштучной выдачи, которые сталкивают выбранный товар с полки в приемный лоток, размещенный под камерой, откуда товар забирается покупателем (см. патент US 5236103, МПК: G07/F11/00, опубл. 17.08.93 или патент TWМ 556113, опубл. 01.03.2018). Существенным недостатком подобных стеллажных конструкций с неподвижными полками является ограниченный объем размещаемого товара и низкий коэффициент использования объема системы хранения.
Известно механизированное устройство (см. патент RU 2324634, МПК В65G 1/127, опубл. 10.11.2006), предназначенное для хранения штучных изделий и тарных грузов, выполненное в виде вертикального конвейера, в котором грузовые платформы для изделий перемещаются по замкнутому контуру цепным приводом.
Использование цепных вертикальных конвейеров в различных системах хранения получило широкое распространение, благодаря их высокой емкости при небольшой занимаемой площади и возможности быстрой доставки нужного контейнера с товаром на уровень загрузки-выгрузки.
К недостаткам известной конструкции по патенту RU 2324634 можно отнести невысокий коэффициент использования объема системы хранения, а также то, что оно предназначено только для хранения товаров и может быть использовано для выдачи лишь при условии дополнительного оснащения соответствующими механизмами. Кроме того, цепные привода имеют существенные ограничения по температуре эксплуатации, что не позволяет использовать подобные конструкции для хранения замороженных и охлажденных продуктов питания.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого технического решения принята конструкция устройства для хранения и выдачи штучных товаров, использованного в автомате для продажи замороженных штучных товаров, см. авторское свидетельство SU № 210509, МПК: G07F11/00, опубл. 06.11.1968 г.
Согласно а.с. № 210509, устройство для хранения и выдачи штучных товаров содержит как минимум одну, вертикальную камеру с размещенными в ней носителями товаров (кассетами), перемещаемыми по замкнутой траектории, привод перемещения кассет и механизм извлечения товаров из кассет. Упомянутые признаки являются сходными с существенными конструктивными признаками заявляемого устройства.
Кассеты для товаров, используемые в этом устройстве, выполнены в виде коробчатых звеньев для одноместного (поштучного) размещения товаров, установленных друг за другом и попарно соединенных между собой шарнирами с образованием бесконечной цепи. Цепочка кассет перемещается подобно обычному вертикальному конвейеру посредством двух зубчатых колес, которые поочередно захватывают кассеты за оси шарниров и перемещают их на шаг.
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 недостатком ближайшего аналога является низкий коэффициент использования объема вертикальной камеры (системы хранения), что обусловлено размещением элементов привода между поднимающей и опускающей ветвями конвейера, а также использованием одноместных кассет с поштучным размещением товаров.
Заявляемое изобретение направлено на решение проблемы нерационального использования объема системы хранения и создание устройства для хранения и выдачи товаров с большой емкостью и широкими возможностями использования.
Достигаемый технический результат заключается в повышении коэффициента использования объема вертикальной камеры, в которой размещена система хранения, за счет повышения плотности размещения товаров в единице объема с обеспечением доступа к каждой единице хранения.
Другой технический результат заключается в обеспечении надежной работы устройства в условиях низких (отрицательных) температур, что расширяет возможности его использования, например для охлажденных и замороженных продуктов питания.
Раскрытие изобретения
Вышеупомянутая проблема решена и результаты достигнуты благодаря тому, что в устройстве для хранения и выдачи штучных товаров, содержащем, вертикальную камеру с размещенными в ней кассетами для товаров, перемещаемыми по замкнутой траектории, привод перемещения кассет и механизм извлечения товаров из кассет, согласно заявляемому изобретению, кассеты установлены с опорой одна на другую с образованием двух столбцов, крайний верхний уровень в которых свободен в исходном положении, привод перемещения кассет включает механизм подъема кассет в одном столбце, механизм опускания кассет в другом столбце и механизмы горизонтального перемещения между столбцами кассет, размещенных в крайнем верхнем и в крайнем нижнем уровнях, при этом устройство снабжено средствами для удержания столбцов кассет, расположенных выше крайнего нижнего уровня.
Принципиальным отличием от ближайшего аналога и других известных вертикальных конвейеров, осуществляющих перемещение кассет (полок и других носителей товаров) по вертикально замкнутой траектории, является то, что в предлагаемом устройстве кассеты не имеют постоянной связи ни между собой, ни с механизмами их перемещения.
Кассеты свободно установлены с опорой одна на другую с образованием двух вертикальных рядов – столбцов, в которых крайний верхний уровень изначально свободен, т.е. в каждом столбце имеется «пустая ячейка», что необходимо для организации перемещения кассет по замкнутой траектории.
Столбцы расположены максимально близко друг к другу, с минимальным зазором, необходимым для свободного перемещения кассет в столбцах.
По сравнению с известными вертикальными конвейерами, в предлагаемой конструкции зазоры между поднимающейся и опускающейся ветвями конвейера сведены к минимуму, а зазоры между кассетами в столбцах и вовсе отсутствуют, т. к. кассеты опираются одна на другую. Это позволяет максимально плотно заполнить объем камеры кассетами с товаром, за счет чего увеличить долю полезного объема, задействованного для размещения товаров, и, как результат, повысить коэффициент использования объема системы хранения и увеличить товарную ёмкость устройства.
Все перемещения кассет осуществляются по прямой: по вертикали и горизонтали. Для организации таких линейных перемещений могут быть использованы  простые приводные механизмы, типа тяг, рычагов или толкателей, которые размещаются с внешней стороны относительно столбцов кассет.
В отличие от известных вертикальных конвейеров, где перемещение кассет (носителей) между поднимающейся и опускающейся ветвями конвейера осуществляется по дуге, что ведет к образованию «мертвых» (неиспользуемых) угловых зон, в предлагаемой конструкции кассеты перемещаются между столбцами по горизонтали (по прямой), что позволяет задействовать угловые зоны в верхней и нижней частях вертикальной камеры и способствует наиболее полному и рациональному использованию ее внутреннего объема.
Кассеты - взаимозаменяемые унифицированные приспособления (носители), обеспечивающие оптимальные условия для размещения, временного хранения и транспортировки товаров (изделий, продуктов) различных форм и размеров. Каждая кассета обеспечивает размещение некоторого множества товаров одного артикля.
Предпочтительно, товары в кассетах уложены стопками, что обеспечивает максимально плотное заполнение кассет товарами, а значит наиболее полное использование их внутреннего объема, в сравнении с известными многоместными кассетами, имеющими полки-держатели для товаров.
Рациональное использование внутреннего объема кассет способствует повышению плотности размещения товаров в системе хранения в целом и увеличению коэффициента использования ее объема.
За счет перемещения кассет по замкнутой траектории по типу вертикального конвейера обеспечена возможность выбора и оперативный доступ к любому товару в системе хранения.
Для повышения оперативности выдачи ассортимент товара, размещенного в кассетах, может дублироваться (повторяться) с заданной периодичностью.
Отсутствие цепей и возможность использования для линейных перемещений кассет простых механизмов с приводами, вынесенными за пределы вертикальной камеры, обеспечивает высокую надежность работы устройства в любых условиях, в том числе в условиях низких, отрицательных температур, что позволяет использовать предлагаемое устройство для хранения и выдачи замороженных и охлажденных продуктов питания.
Форма кассет обеспечивает возможность их установки одна на другую.
В предпочтительном примере осуществления каждая кассета выполнена в виде открытого сверху решетчатого контейнера с прямоугольной формой поперечного сечения, на противолежащих боковых сторонах которого размещены элементы для взаимодействия с приводными механизмами и подвижными упорами, при этом механизм извлечения товаров из кассет выполнен в виде захватного механизма, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения над столбцами и с возможностью извлечения товаров из верхних кассет столбцов.
Выполнение кассет в виде решетчатых контейнеров позволяет уменьшить металлоемкость конструкции и снизить нагрузку на приводные механизмы
Для повышения устойчивости столбцов при перемещении, кассеты могут быть снабжены элементами сопряжения с другими кассетами, выполненными по типу «шип-паз».
Захватный механизм предпочтительно выполнен в виде вакуумного захвата и установлен с возможностью перемещения в зоне крайнего верхнего уровня столбцов, при условии отсутствия в нем кассет. В этом случае выдача товаров осуществляется из кассет, расположенных в уровне, предшествующем крайнему верхнему.
Такое решение обеспечивает двойное использование верхней части вертикальной камеры, а именно - зоны крайнего верхнего уровня столбцов: для перемещения кассет между столбцами и для перемещения захвата в процессе извлечения товаров, что способствует сокращению доли технологического объема, а значит увеличению доли полезного объема системы хранения.
Механизмы подъема и опускания кассет могут быть выполнены в виде совокупности тяг, один конец которых связан с приводом перемещения, а другой снабжен зацепами для взаимодействия с кассетами.
Механизмы перемещения кассет между столбцами включают верхний и нижний поворотные рычаги, связанные с приводом синхронного перемещения.
Средства для удержания столбцов кассет обеспечивают снятие нагрузки с кассет крайнего нижнего уровня для возможности их сдвига между столбцами, и могут быть выполнены в виде подвижных упоров, выполненных с возможностью взаимодействия с кассетами, размещенными в уровне, предшествующем крайнему нижнему, например, в виде подпружиненных односторонних упоров.
В случае использования предлагаемого устройства для хранения и выдачи замороженных и охлажденных продуктов питания, вертикальная камера снабжена холодильной установкой, обеспечивающей поддержание заданной температуры.
Суть предлагаемого технического решения поясняется приведенными ниже примерами осуществления и чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - общий вид устройства для хранения и выдачи штучных товаров, размещенного в торговом автомате, изометрия;
на фиг. 2 – кассета, изометрия;
на фиг. 3 – показано формирование столбца кассет;
на фиг. 4 – вид А с фиг. 1;
на фиг. 5 – схематично показана работа устройства.
Осуществление изобретения
Устройство для хранения и выдачи штучных товаров может быть использовано в конструкциях торговых автоматов, складов, магазинов, в том числе предназначенных для продажи замороженных и охлажденных продуктов питания в индивидуальной упаковке. Пример одного такого использования устройства в торговом автомате приведен на фиг. 1.
В общем случае торговый автомат содержит корпус 1 с окном выдачи 2, терминал 3 выбора товара, возможно совмещенный с терминалом оплаты, витрину 4 и другие элементы, необходимые для осуществления выбора и покупки товара.
Внутри корпуса 1 размещено устройство для хранения и выдачи штучных товаров, включающее, вертикальную камеру 5 с размещенными в ней кассетами 6 для товаров, привод перемещения кассет по замкнутой траектории, включающий механизмы подъема кассет в одном столбце и опускания - в другом столбце и механизмы перемещения кассет между столбцами, механизм извлечения товаров из кассет и подвижные упоры.
Кассета 6 (см. фиг. 2) выполнена в виде открытого сверху решетчатого контейнера с прямоугольной формой поперечного сечения. Кассета 6 может быть разделена на несколько отделений.
В одной кассете 6 (или в одном отделении кассеты) размещают товары одного вида и артикля. Товары могут быть размещены произвольным образом (навалом), однако более предпочтительно, если позволяет форма, размещение товаров 7 стопой, что способствует наиболее рациональному использованию внутреннего объема кассеты.
Решетчатая конструкция кассеты 6 упрочнена по бокам вертикальными силовыми стойками 8, на верхнем торце которых расположен выступ 9, а на нижнем - углубление 10, ответное выступу 9 (показано штриховой линией), что обеспечивает возможность ее сопряжения с другими кассетами по типу «шип-паз» (см. фиг.3).
На боковых поверхностях стоек 8 закреплены цапфы 11 и 12 с ограничительными роликами, служащие для захвата кассеты  приводными механизмами и подвижными упорами.
Кассеты 6 установлены одна на другую с образованием двух столбцов (А и В) , крайний верхний уровень С в которых свободен в исходном положении (см. фиг. 4).
Механизм извлечения товара из кассеты выполнен в виде захватного механизма 13, например вакуумного захвата (далее захвата 13), установленного с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения над столбцами А и В.
Механизмы подъема и опускания кассет выполнены в виде совокупности тяг 14, каждая из которых одним концом шарнирно связана с одним из плеч качающегося коромысла (двуплечего рычага) 15, а другим концом размещена в направляющих 16 и снабжена зацепом (на чертежах не показан) для взаимодействия с верхней цапфой 11 кассет 6.
Механизмы перемещения кассет между столбцами выполнены в виде верхнего 17 и нижнего 18 поворотных толкателей, связанных с приводом 19 их синхронного перемещения.
Аналогичные тяги и толкатели (14-18) размещены с противолежащей стороны столбцов, что исключает перекосы кассет при перемещении.
В качестве подвижных упоров могут быть использованы односторонние подпружиненные упоры 20 (показаны условно на фиг.5). Это могут быть собачки храповых механизмов или другие устройства с той же функцией, выполненные с возможностью взаимодействия с цапфами кассет 6, размещенных в уровне, предшествующем крайнему нижнему.
Управление работой приводных механизмов устройства осуществляется компьютерной системой управления с соответствующим программным обеспечением, которая отслеживает заполнение кассет 6 товарами и  связана с терминалом 3 выбора и оплаты товаров. Система управления может быть реализована с применением известных методов и в настоящей заявке подробно не рассматривается.
В случае работы устройства с продуктами питания (в упаковках), вертикальная камера 5 оснащается холодильной установкой (на чертежах не показана), обеспечивающей поддержание заданной температуры, величина которой определяется видом размещаемых в камере продуктов. Так, при хранении охлажденных продуктов в камере 5 поддерживается температура (0 – 4)°С, при размещении замороженных продуктов температура составляет  не менее -18°С.
Выдача выбранного товара может осуществляться с крайнего верхнего уровня столбцов или с уровня, предшествующего крайнему верхнему. В этом случае захват 13 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в зоне С над столбцами А и В, при условии отсутствия в ней кассет, т.е. в положении, соответствующем исходному.
Кассета 6´ с нужным товаром выводится на уровень выдачи, при этом устройство работает следующим образом (см. фиг. 5).
На первом шаге кассеты столбца В, в котором находится кассета 6´ с нужным товаром, поднимаются на шаг, равный высоте кассеты, при этом верхняя кассета столбца выводится на крайний верхний уровень- в зону С, а нижнее место в столбце освобождается. Перемещение осуществляется тягами 14´, которые захватывают нижнюю кассету столбца В за цапфу 11 и перемещают весь столбец В на шаг, при этом односторонние подпружиненные упоры 20 отклоняются, пропуская поднимающуюся нижнюю кассету столбца, и затем возвращаются в исходное положение, принимая на себя вес поднятого столбца кассет.
На следующем шаге выполняется одновременное горизонтальное перемещение между столбцами кассет, расположенных в крайнем верхнем и в крайнем нижнем уровнях столбцов В и А, соответственно. Перемещение кассет между столбцами осуществляется толкателями 17 и 18, взаимодействующими с нижними цапфами 12 кассет.
Далее производят одновременное опускание кассет в столбце А и подъем кассет в столбце В.
Кассеты 6 перемещаются по замкнутой траектории до тех пор, пока кассета 6´ с нужным товаром не достигнет уровня выдачи.  Кассеты второго столбца опускаются, и в зоне С, свободной от кассет, работает захват 13.
Перемещаясь над столбцами А и В, захват 13 извлекает нужный товар 7 из кассеты 6´ и перемещает его на конвейер 21, доставляющий товар к месту выдачи. Конвейер может быть один или несколько горизонтальных и /или вертикальных конвейеров.
Для повышения оперативности выдачи ассортимент товаров в кассетах может дублироваться (повторяться) с заданной периодичностью.
Устройство отличается высокой товарной емкостью, малым количеством приводных механизмов и подвижных упоров.
Благодаря использованию простых механизмов с короткими линейными перемещениями, устройство отличается высоким быстродействием.
При этом оно характеризуется простотой обслуживания и невысокими исходными вложениями.
Предлагаемая конструкция может быть использована в качестве типового модуля при создании торговых автоматов и автоматизированных магазинов большой емкости.
Приведенный пример является иллюстративным и не ограничивает возможности других форм исполнения кассет и приводных механизмов их перемещения, которые могут быть очевидны для специалистов в этой области техники.