智能便携书架

智能便携书架

姜再涛，吴娇

六盘水师范学院矿业与机械工程学院，贵州省六盘水市，553004

摘 要：针对传统方法拿取书籍不便，很多需要借助外物来帮助的问题，设计了一种基于PLC控制系统来对书架进行移动及变化的智能便携书架。该智能书架由传动控制模块、曳引机构执行结构以及人机交互进行书架的控制组成。书架通过传动控制来控制电路运转，人机交互方面可利用部分APP Inventor软件开发一套书架控制手机APP，从而对书架的控制。经调研，该书架在图书馆、书店等环境下具有良好的实时性，并且人机交互友好，解决了书籍拿取不便以及借取外物的问题。

关键词：智能书架；曳引机构；PLC控制系统。

1.引言

现有的图书馆、书店或商城使用的书架都是很普通的书架，不同书籍放置的位置不同，特别是高度。比较矮的人群不好拿取高层的书籍，比较高的人群拿取底层的书籍也不方便。为了解决这个难题，因此我们设计发明一种新型的智能便携书架，能为工作人员及读者书籍的拿取及放回起到方便，可以使读者更快的拿到自己的想要的书籍，可以节省时间。

2.设计思路

大部分图书馆现有的系统有查询书籍书排架位置及借还功能，而有很多书架为了能装更多的书籍，对书架进行往高处延伸，则书架会变得更加高大，读者来到书籍所在科室找到该书籍位置后，读者需要借助外物才能拿取书籍。如书籍位置极高则需要借助梯子板凳来拿取，极低则需要弯腰来拿取。通过电梯快速且稳定的的启发来实现以电路、继电器、相位开关和机械结构对书架的控制，使书架能够移动来方便管理员和读者的拿取放回。

3.设计方案

本次设计主要组成部分有齿轮齿条传动结构、曳引机构、机电系统控制。

在本设计中是对于书架的一个加工改装，让其保持原有的美观，还具备良好的控制性能以及稳定性和安全性。对书架加装机械传动和电机控制系统必然会增加书架的重量，不方便书架每层的运输，所以在满足要求的情况下尽可能的减少不必要的装置，尽可能的简化设计结构，使其变得越简单越可靠越好，为了达到这些条件从而选择齿轮齿条传动机构及曳引机构。

3.1.齿轮齿条传动结构

齿轮齿条传动是将齿轮的回转运动转变为齿条的往复直线运动，或将齿条的往复直线运动变为齿轮的回转运动。齿轮传动主要依靠主动齿轮与从动齿轮的啮合，传递运动与动力。其优点：（1）传递动力大、效率高；（2）寿命长、工作稳定、可靠性高；（3）能保
证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴之间的运动。缺点：（1）制造、安装精度要求较高，因而成本较高；（2）不宜作远距离传动。如下图所示：

图1 齿轮齿条3D视图展示图

图2 齿轮齿条正视图

3.2.曳引机构

曳引机构一般由电动机、制动器、减速箱及曳引轮所组成。以电动机与曳引轮之间有无减速箱可分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。有齿轮曳引机的减速箱具有降低电动机输出转速，提高输出力矩的作用有齿轮曳引机目前绝大部分配用交流电动机,通常采用蜗轮蜗杆减速机构；目前也有采用斜齿轮减速和行星齿轮减速机构。有齿轮曳引机最高速度可达４ｍ／ｓ。无齿轮曳引机由电动机直接驱动曳引轮。由于没有减速箱作为中间传动环节，因此具有传动效率高、噪声小、传动平稳等优点.但也存在体积大、造价高、维修复杂的缺点。它大都采用直流电动机为动力，一般用于运行速度２.５ｍ／ｓ以上的高速电梯上。曳引机构的3D建模如下：

图3 曳引机构展示图

图4 曳引机构3D展示图

图5 曳引机构3D展示图

该装置中结构的工作原理：当需要将某一层往下移动时，按下相应的层次按钮，两侧的曳引电机开始正转工作，将两侧的滑块从底部往相应的层次移动，当滑块到达按钮按下的层次后停止，此时滑块接触到相位开关，相应层次的齿轮电机通电，然后电机带动齿轮转动，书架通过齿条往前面移出，在整层书架都完全移出后，两侧的曳引电机反转工作，使滑块开始向下移动，书架开始往下移动；当书架移动到设定位置时停止。（设定位置及最合适人们拿取书籍的位置）。当需要将最底层书架往上移动时，只需要按下按钮，电机则会带动齿轮转动，书架通过齿条往前面移出，在整层书架都完全移出后，两侧的电机正转工作，使滑块开始向上移动，书架开始往上移动；当书架移动到设定位置时停止。这时操作人将自己需要的书籍拿取或放回后，重新按下按钮书架可原路返回；而如果操作人忘记按下按钮，在电路里放一个延时继电器，通过延时继电器进行时间设定，书架在设定的时间到达后方可自动返回，从而书架不会长时间停留在原处，及对书架周围的阻挡。

3.3.传动控制模块

图6 机电传动控制原理图

4.总结

本设计采用的是传动控制模块作为核心，结构简单，操作方便，可以通过使用接触屏或者按钮作为人机交互界面地控制移动书架。人机交互在现实生活中是非常常见的，通过人机交互可以更快更方便的控制书架，从而拿取和放回书籍，同时在书架上安装的电机以及电路等尽量的减少，以达到减轻重量，为了保持书架的稳定性。同时还有定时自动归位功能，为了防止用户忘记归位，便于书籍的管理和书架的美观，也对图书馆其他用户的安全着想。

5.参考文献

[1]江叶峰,苏万斌,易灿灿.高速电梯曳引机主轴组件综合性能检测装置设计与分析[J].机械制造与自动化,2022,51(04):196-199.DOI:10.19344/j.cnki.issn1671-5276.2022.04.050.

[2]沈海燕.电梯曳引机制动装置的设计与实验研究[J].机电工程技术,2021,50(12):263-265.

[3]李锋,梁欣欣,苏娟娟.齿轮齿条传动的运动精度计算分析[J].机电设备,2023,40(02):69-73.DOI:10.16443/j.cnki.31-1420.2023.02.015.

[4]刘仁亮,郭艳峰,邹帅. 一种图书架层架模组及基于RFID技术的智能图书架[P]. 广东省：CN218457660U,2023-02-10.

[5]郜昊天. 一种便捷式智能旋转书架[P]. 浙江省：CN217487985U,2022-09-27.

[6]颜榕.基于PLC的自动门控制系统设计[J].现代工业经济和信息化,2022,12(11):54-56.DOI:10.16525/j.cnki.14-1362/n.2022.11.019.