ТОРГОВЫЙ АВТОМАТ ДЛЯ ПРОДАЖИ МЕЛКОШТУЧНЫХ ТОВАРОВ

Полезная модель относится к торговым автоматам и может быть использована для продажи разнообразных мелкоштучных товаров, например, ювелирных изделий, лекарственных препаратов и др.
Известно, что торговые автоматы для штучных товаров можно разбить на автоматы с обойменной (барабанной) выдачей товара, автоматы со спиральной выдачей товара, автоматы с конвейерной выдачей товара.
Для выдачи мелкоштучных изделий различной формы и размеров, целесообразно использовать автоматы с конвейерной выдачей товара, основанных на том, что автомат как правила, содержит горизонтальные полки для установки товаров и имеется лифтовая полка для транспортировки товара к окну выдачи. На каждой полке расположены колонки (от 2 до 5), внутри которых находятся конвейерные ленты (транспортеры). Товар укладывается на конвейер между пластинами-разделителями, закрепленными на конвейерной ленте. При выборе покупателем нужного товара механизм перемещения и выдачи товара (лифтовая полка, конвейерная лента) перемещается к полке с нужным товаром, останавливается, после чего включается лента-транспортер с выбранным товаром. (Маляренко А.Д., Дробова А.А. Конструктивные особенности транспортных систем торговых автоматов, БИТУ, Минск, Республика Беларусь, 2012).
Однако из-за применения в автомате с контейнерной выдачей товаров большого количества конвейерных лент он сложен в обслуживании и ремонте, а также не обеспечивает безошибочный автоматический выбор товара и в случае отказа покупателя от товара возвращение его обратно в автомат.
Для снижения ошибочных операций и обеспечение автоматизации известно применение специальных манипуляторов, например, в автомате для выдачи строго определенных компакт-дисков. Автомат содержит манипулятор, который может осуществлять движение горизонтально и вертикально в пределах плоскости расположения товара для его захвата и выдачи пользователю (патент DE 4310103, 1993).
Недостатком известного устройства является то, что оно может быть использовано в отношении ограниченного количества товара, который может быть загружен в торговый автомат одной секцией. При этом известный автомат конструктивно сложен и требует сложного дополнительного оборудования.
Известен также автомат для продажи штучных товаров, содержащий корпус, монитор-витрину, блок управления и управляющие элементы, магазин-склад товара с манипулятором, снабженный захватом и взаимодействующий с окном выдачи товара посредством привода, при этом магазин-склад представляет собой, по меньшей мере, два стеллажа с полками, разбитыми на ячейки хранения товара, стеллажи размещены на расстоянии относительно друг друга, обращены тыльной стороной в одном направлении и установлены неподвижно на основании, образуя ряд стеллажей, манипулятор содержит, по меньшей мере одну вертикальную стойку, установленную между вертикальными кромками ряда стеллажей и боковой панелью корпуса, вертикальная стойка соединена с горизонтальной стойкой, размещенной между верхними кромками стеллажей и верхней панелью корпуса, горизонтальная стойка выполнена с возможностью перемещения вверх-вниз относительно вертикальной стойки, на горизонтальной стойке установлен захват, выполненный с возможностью перемещения по горизонтали влево-вправо, а вертикальная стойка выполнена с возможностью перемещения вдоль ряда стеллажей и боковой панелью корпуса по направляющей (патент RU № 155318, 2015).
К недостаткамизвестного торгового автомата следует отнести ограниченные функциональные возможности, связанные в основном с использованием стеллажной системы магазина-склада, что требует дополнительного пространства внутри и увеличивает габаритные размеры автомата. Кроме того, при значительных габаритных размерах, используемый манипулятор не обеспечивает быстродействие операций по выдаче товаров, а сложная конструкция автомата негативно влияет на надежность его эксплуатации.
Наиболее близким к предлагаемому является торгово-развлекательный автомат, содержащий корпус, выполненный с по меньшей мере одним светопрозрачным окном, устройство приема платежей, окно выдачи товара, а также по меньшей мере один барабан с множеством секций для размещения в них товара, причем барабан выполнен с обеспечением возможности вращения вокруг своей оси посредством по меньшей мере одного привода. Автомат снабжен по меньшей мере одним толкателем, выполненным с обеспечением возможности выталкивания по меньшей мере одного товара внутрь барабана, причем нижняя основа барабана имеет сквозное отверстие для обеспечения возможности перемещения вытолкнутого внутрь барабана товара к окну выдачи товара (патент RU № 149645, 2015).
Известный автомат содержит в качестве магазина-склада барабан с секциями для размещения товара, что сокращает габаритные размеры торгового аппарата, при этом в качестве рабочего органа, обеспечивающего выдачу выбранного покупателем товара, внутри барабана размещен толкатель, который имеет ограниченные функциональные возможности. При этом использование толкателя может привести к повреждению мелкоштучного товара или его упаковки при выталкивании из ячейки хранения магазина-склада, а также последующего его перемещения посредством действия силы тяжести к окну выдачи товара, что недопустимо для мелкоштучного товара, особенно в разъемной упаковке, например ювелирных изделий в упаковочных коробочках или мелкоштучных медицинских изделий, требующих бережной транспортировки. Кроме того, известная конструкция автомата конструктивно не обеспечивает возможность автоматизированного возврата товара обратно в торговый автомат или его автоматизированную загрузку новым товаром без вскрытия корпуса автомата.
Задача полезной модели обеспечение автоматизированного бережного захвата товара и последующую его надежную доставку к окну выдачи товаров и обратно, при одновременном сохранении компактности торгового автомата.
Поставленная задача решается тем, что заявляется торговый автомат для продажи мелкоштучных товаров, содержащий корпус, выполненный с механизмом для платежей и окном для товара, механизированный склад в виде барабана с множеством ячеек хранения для товаров, внутри барабана размещен рабочий орган, снабженный электроприводами, механизм для платежей, окно для товаров, электроприводы рабочего органа электрически соединены с блоком управления, отличающийся тем, что рабочий орган размещен внутри барабана по его оси на базовой плите, рабочий орган представляет собой манипулятор, состоящий из вертикальной штанги, на которой консольно закреплена горизонтальная штанга на свободном конце которой размещен механизм захвата, вертикальная штанга расположена по вертикальной оси барабана и имеет длину, сопоставимую с высотой барабана, вертикальная штанга подвижно с возможностью вращения вокруг оси барабана закреплена снизу к базовой плите, а сверху подвижно закреплена на горизонтальном кронштейне, который жестко закреплен в верхней части барабана, горизонтальная штанга выполнена с возможностью вертикального линейного перемещения вдоль вертикальной штанги и совместного вращения с вертикальной штангой, а механизм захвата имеет возможность линейного перемещения вдоль горизонтальной штанги в радиальном направлении, снабжен подвижной и неподвижной губками, обеспечивающие возможность захватывать и отпускать товары, электроприводы рабочего органа представляет собой электродвигатель с ременной передачей для вращения горизонтальной и вертикальной штанг, электродвигатель для линейного перемещения горизонтальной штанги с механизмом захвата вдоль вертикальной штанги, электродвигатель для линейного радиального перемещения механизма захвата и электродвигатель для перемещения подвижной губки механизма захвата при захвате и отпускании товара.
Дополнительно заявляемый торговый автомат характеризуется тем, что барабан с наружной стороны имеет сплошную поверхность, а ячейки хранения выполнены в виде горизонтальных полок, разбитых вертикальными перегородками. При этом на горизонтальных полках со стороны механизма захвата выполнены пазы, которые обеспечивают возможность контакта неподвижной губки механизма захвата с товаром, размещенным или размещаемым в ячейке, с последующей фиксацией или отпускания товара на горизонтальную поверхность ячейки посредством перемещения подвижной губки.
В заявляемом торговом автомате горизонтальная штанга, выполненная с возможностью вращения и линейного перемещения вдоль оси вертикальной штанги, обеспечивает возможность вертикального перемещения механизма захвата, размещенного на горизонтальной штанге, вместе с горизонтальной штангой вдоль вертикальной штанги вверх-вниз. Поэтому захват имеет возможность кругового вращения в горизонтальной плоскости внутри полости барабана по всей высоте вертикальной штанги, сопоставимой с высотой барабана. Это обеспечивает работу захвата в любой точке внутренней полости барабана с максимально возможным количеством степеней свободы для захвата товара из любой ячейки хранения барабана и последующего перемещения его к окну для товара, а также обратного перемещения товара из окна для товара в соответствующую ячейку хранения барабана.
В качестве электроприводов могут быть использованы сервоприводы или шаговые электродвигатели с обратной связью (энкодером) или шаговые электродвигатели. Электродвигатель для вращения горизонтальной и вертикальной штанг через ременную передачу установлен сверху на горизонтальном кронштейне, жестко закрепленном в верхней части барабана. Возможность вращения вертикальной штанги внутри полости барабана обеспечивается подвижным соединением вертикальной штанги в нижней части к базовой плите, а в верхней части через ременной привод, приводимый в действие посредством электродвигателя, сигнал на который подается с блока управления, имеющего электрическое соединение с электродвигателем.
Сверху на горизонтальном кронштейне, жестко закрепленном в верхней части барабана, размещен электродвигатель, приводящий в действие винт шариковинтовой пары, обеспечивающей вертикальное перемещение горизонтальной штанги с механизмом захвата, прикрепленной консольно к вертикальной штанге, сигнал на электродвигатель подается с блока управления, имеющего электрическое соединение с электродвигателем.
На основании горизонтальной штанги со стороны крепления к вертикальной штанге размещен электродвигатель привода винта шариковинтовой пары, обеспечивающей линейное перемещение механизма захвата в радиальном направлении, сигнал на электродвигатель подается с блока управления, имеющего электрическое соединение с электродвигателем.
На противоположном конце горизонтальной штанги на линейной подвижной части шариковинтовой пары размещен электродвигатель привода вращения подвижной губки механизма захвата, сигнал на электродвигатель подается с блока управления, имеющего электрическое соединение с электродвигателем.
Электрические соединения могут быть размещены в соответствующих кабель-каналах.
Окно для товара работает на как окно для загрузки, так и как окно для выгрузки товара, т.е. работает как окно для обмена товара. Окно для товара выполнено в барабане и соосно ему в корпусе автомата. Рабочий орган по сигналу, подаваемому с блока управления на соответствующие электродвигатели, приводящие в действие приводы вертикальной штанги и горизонтальной штанги с механизмом захвата, посредством которых вертикальную штангу совместно с горизонтальной штангой совершает регулируемое вращательное перемещение, горизонтальная штанга совершает регулируемое поступательное линейное перемещение относительно вертикальной штанги, механизм захвата совершает регулируемое линейное радиальное перемещение вдоль горизонтальной штанги к ячейке, подвижная губка совершает регулируемое вращательное движение, забирает из заданной ячейки хранения товар и перемещает его в окно для товара для выдачи покупателю или забирает товар из окна для товара и перемещает его в ячейку хранения товара. Товар помещен в контейнер, соответствующий по размеру ячейке хранения товара и размеру окна для товара.
Блок управления содержит программируемый процессор с блоками памяти, где хранятся координаты местоположения ячеек хранения товаров, а также перечень товаров, размещенных в соответствующих ячейках хранения товаров. Описание товаров, хранящихся в ячейках хранения, посредством сигналов передается с блока управления на электрически подключенные мониторы. Мониторы также выполняют функцию управления процессом размещения/выгрузки товаров из соответствующих ячеек хранения. Мониторы закреплены на внешней поверхности корпуса, снабжены сенсорным или ручным панелями управления. Ручная панель управления может быть представлена, например в виде клавиатуры и «мышки». Также на блок управления подаются сигналы об оплате товаров, исходящих с панели управления механизма для платежей, а также о возврате, загрузке товаров.
Выполнение наружной стороны барабана со сплошной поверхностью, а ячеек хранения в виде горизонтальных полок, разбитых вертикальными перегородками, исключает вероятность технической возможности заваливания товара за пределы рабочей зоны, сбоя выдачи товара и необходимости временного прекращения его работы для устранения неисправности, обеспечивает бесперебойную работу торгового автомата.
Размещение ячеек хранения товара со стороны внутренней поверхности, а также выполнение механизированного склада в виде барабана обеспечивает максимально возможный объем заполнения рабочего пространства, что позволяет размещать несколько тысяч мелкоштучного товара в одном торговом автомате. Выполнение рабочего органа в виде манипулятора заявляемой конструкции, размещенного по вертикальной оси барабана, обеспечивает надежность доставки товара в окно для товара и обратно в ячейки хранения.
Сравнение заявляемого торгового автомата для продажи мелкоштучных товаров с прототипом позволяет выявить следующие отличительные признаки:
- рабочий орган размещен внутри барабана по его оси на базовой плите;
- рабочий орган представляет собой манипулятор, состоящий из вертикальной штанги, на которой консольно закреплена горизонтальная штанга на свободном конце которой размещен механизм захвата,
- вертикальная штанга расположена по вертикальной оси барабана и имеет длину, сопоставимую с высотой барабана,
- вертикальная штанга подвижно с возможностью вращения вокруг оси барабана закреплена снизу к базовой плите,
- вертикальная штанга сверху подвижно закреплена на горизонтальном кронштейне, который жестко закреплен в верхней части барабана;
- горизонтальная штанга выполнена с возможностью вертикального линейного перемещения вдоль вертикальной штанги и совместного вращения с вертикальной штангой;
- механизм захвата имеет возможность линейного перемещения вдоль горизонтальной штанги в радиальном направлении;
- механизм захвата снабжен подвижной и неподвижной губками, обеспечивающие возможность захватывать и отпускать товары,
- электроприводы рабочего органа представляет собой электродвигатель с ременной передачей для вращения горизонтальной и вертикальной штанг, электродвигатель для линейного перемещения горизонтальной штанги с механизмом захвата вдоль вертикальной штанги, электродвигатель для линейного радиального перемещения механизма захвата и электродвигатель для перемещения подвижной губки механизма захвата при захвате и отпускании товара.
Сравнительный анализ позволяет сделать вывод о соответствия заявляемого устройства условию «новизна».
Заявляемый торговый автомат для продажи мелкоштучных товаров может быть изготовлен из известных материалов и конструктивных деталей (элементов), собранных известными средствами и методами. Это позволяет сделать вывод о соответствии условию «промышленная применимость».
Заявляемый торговый автомат для продажи мелкоштучных товаров поясняется следующими примерами конкретного выполнения.
На Фиг. 1 схематично показано взаимное расположение конструктивных деталей в рабочей полости барабана заявляемого устройства, функционально и конструктивно соединенных между собой в рабочий орган.
На фиг.2 показано схема сборки заявляемого устройства.
На фиг.3 показана горизонтальная штанга с захватом.
Заявляемое устройство состоит из размещенного внутри корпуса 1 (Фиг.2) барабана 2 (Фиг.1, 2), наружная поверхность которого выполнена сплошной, а со стороны внутренней поверхности барабана 2 выполнены ячейки 3 хранения товара, которые представляют собой горизонтальные полки с пазом, обращенным во внутреннюю полость барабана 2, разбитые вертикальными перегородками. Барабан 2 закреплен на базовой плите 4, например, выполнением в шпангоутах барабана отверстий, а в базовой плите 4 соосно с отверстиями выполнены запрессованные штифты. На базовой плите 4 внутри полости барабана 2 и соосно ему на кронштейне 5 подвижно закреплен нижний конец вертикальной штанги 6, а ее верхний конец посредством фланцевого соединения закреплен на верхнем горизонтальном кронштейне 7 (Фиг.2), жестко закрепленному в верхней части барабана 2. Горизонтальный кронштейн 7 имеет плоскую поверхность для крепления на ней электродвигателей фланцевой частью посредством резьбовых крепежных деталей - болт (винт), шайба, гайка с обязательным стопорением от раскручивания. На вертикальной штанге 6 консольно (одним концом) закреплена горизонтальная штанга 8 с механизмом захвата 9, установленном на свободном противоположном конце горизонтальной штанги 8 (Фиг.3). Вертикальная штанга 6 и горизонтальная штанга 8 с механизмом захвата 9 электрически соединены с электродвигателями, закрепленными на верхнем горизонтальном кронштейне (не показаны), которые электрически подключены к блоку управления 12 (Фиг.2), снабженному программируемым процессором (не показан). Горизонтальная штанга 8 с механизмом захвата 9 соединена посредством кабель- канала 11 с электродвигателем для вертикального перемещения с использованием шариковинтовой пары (не показана). Вращение горизонтальной штанги 8 совместно с вертикальной штангой 6 осуществляется через ременную передачу (не показана) электродвигателя. Для привода вращения и вертикального перемещения используют электродвигатели с энкодером, для радиального линейного перемещения механизма захвата 9 и вращения его подвижной губки используют простые шаговые электродвигатели.
Барабан 2 снабжен окном для товара 10, а в корпусе 1 соосно ему выполнено соответствующее отверстие, которое может быть снабжено лотком для товара. В корпусе установлен механизм для платежей (не показано), который может быть снабжен панелью управления (не показана), электрически соединенной с блоком управления 12.
Заявляемое устройство собирают следующим образом (Фиг.2). во внутреннюю полость корпуса 1 на днище устанавливают базовую плиту 4, выполненную их металла. Базовая плита 4 снабжена запрессованными штифтами для совмещения с отверстиями в нижнем шпангоуте барабана 2, обеспечивая жесткую фиксацию барабана 2 в полости корпуса 1. В центре базовой плиты 4 по оси барабана 2 с возможностью вращения закрепляют на кронштейне 5 вертикальную штангу 6, на которую консольно (одним концом) посредством резьбовых креплений закреплена горизонтальная штанга 8 с механизмом захвата 9. Механизм захвата 9 представляет собой две оппозитно расположенные губки, одна из которой выполнена неподвижной, обеспечивая по существу платформу для размещения товара, а вторая губка выполнена подвижной, обеспечивая возможность захвата товара путем фиксации на неподвижной губке и отпускание его в соответствующую ячейку 3 или в окно для товара 10. Механизм захвата 9 имеет электропривод, обеспечивающий возможность регулируемого контакта губок с товаром. На верхнем шпангоуте барабана 2 выполнены отверстия, в которые устанавливают штифты, выполненные в верхнем горизонтальном кронштейне 7, жестко фиксируя его относительно барабана 2. На верхнем горизонтальном кронштейне 7 устанавливают электродвигатели, один их которых имеет возможность электрического подсоединения через ременную передачу к вертикальной штанге 6, второй электродвигатель выполнен с возможностью подсоединения посредством шариковинтовой пары к горизонтальной штанге 8 для вертикального линейного перемещения вместе с механизмом захвата 9 вдоль вертикальной штанги 6, электродвигатель для перемещения подвижной губки механизма захвата 9 при захвате и отпускании товара. Верхний конец вертикальной штанги 6 через фланцевое соединение закреплен на верхнем горизонтальном кронштейне 7. Электродвигатели подключают к блоку управления 12, размещенном в верхней части корпуса 1 над верхним горизонтальным кронштейном 7. Также к блоку управления 12 электрически подключают панель управления окна для товаров 10, панель управления механизма для платежей, мониторов. Блок управления 12 состоит из Программируемого Логического Контроллера (PLC) и драйверов. На каждый шаговый электродвигатель подключается свой драйвер. Один PLC управляет всеми электродвигателями через соответствующие драйверы. Программа PLC (около 5000 операторов) представляет собой набор элементарных процедур, обеспечивающих выполнение манипулятором всех функций по командам Системы Управления. PLC имеет свой процессор, тип которого выбирается исходя из их функциональных возможностей и типа решаемых задач. Система Управления - программный продукт, состоящий из Локальной Системы Управления и специального модуля программы 1С, устанавливается на бортовом компьютере.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Мелкоштучные товары в упаковках, например, ювелирные изделия, загружают в окно для товара 10,сканируя соответствующий код, который поступает в блок управления 12, обрабатывается, после чего на соответствующие электроприводы манипулятора с механизмом захвата 9 подается управляющий сигнал, приводящий во вращение вертикальную штангу 6 с горизонтальной штангой 8 в соответствии с координатами, заданными управляющим сигналом, механизм захвата 9, имеет возможность вращения вместе с горизонтальной штангой 8 и линейного перемещения вдоль вертикальной штанги 6, а также линейного перемещения подвижной губки перемещает товар и размещает его в ячейке 3, подавая соответствующий сигнал об исполнении команды на блок управления 12. Аналогично с блока управления 12 подается сигнал на выдачу товара, который подается на блок управления с панели управления механизма для платежей. Сведения о товаре и истории его перемещения хранятся в блоке управления 12, отображаются на мониторах, подключенных к блоку управления 12 и размещенных с наружной стороны корпуса 1.
Таким образом, заявляемая конструкция манипулятора торгового автомата с механизированным складом, выполненным в виде барабана с ячейками, позволяет обеспечить автоматизированный бережный захват товара и последующую его надежную доставку к окну для товара для его выдачи и обратно для загрузки товара в ячейки хранения товара.  Одновременно заявляемая конструкция  обеспечивает сохранение компактности торгового автомата.