机电一体化多功能展柜设计的要点探究

机电一体化多功能展柜设计的要点探究

楼栋

杭州汉克展览科技有限公司，浙江省杭州市，310000

摘要：近年来，随着社会建设的不断发展，机电工程为满足公众需求，会经常更新临时性展览。在低碳环保理念的社会发展背景下，降低展览实施中产生的能耗和碳排放，实现最大化的能源节约和循环利用，是展陈设计人员需要思考的问题。本文以机电工程临展中的展柜设计为视角，分析目前存在的主要问题，探索如何通过创新展柜设计理念、拓展展柜使用功能、提升材料重复利用率等有效途径，打造高质量的低碳环保展陈环境。

关键词：机电一体化;多功能展柜设计;要点

引言

针对现有展柜功能单一、内部设计不完善、展品展示过程中存在盲点等问题设计了一种机电一体化多功能展柜。利用Solidworks软件对该展柜进行了三维模型搭建，实现了自动启停、展品360°旋转、显示屏图文展示及语音讲解功能。该展柜可增强参观者的兴趣并给予参观者良好的参展体验。展柜可以更好地帮助人们陈列物品，不仅美观，而且极大程度上节省了空间，方便参观者参观物品。但随着展品种类的不断增加，不同种类的展品各自所需的展柜种类也不同，例如文物作为历史和文化的重要载体，对文物进行良好保护意义重大，而多功能高水平的展柜的设计，就起到一定的作用。在多功能展柜研究领域，已经有了较多的研究，如文物展柜湿度控制、磁悬浮技术、伪全息投影技术、智能展柜照明系统、可拼合可升降展柜，越来越多的科技融入到展柜研发中。本文研发了一种多功能展柜，实现了展柜自动启停、展品360°旋转、显示屏图文展示及语音讲解功能。

1展柜整体设计

整个展柜分为展柜外框部分、人机互动部分、红外传感测距部分、电磁感应部分、机械传动部分。其中机械传动部分分为后侧旋转装置、前侧水平移动装置、水平旋转装置以及展品转移装置。展柜整体运动流程：参观者选择所需了解的展品后；展柜后侧旋转装置进行竖直方向旋转，将对应展品移动至A点；水平移动装置在丝杠副带动下移动至与后侧旋转装置接触处，展品转移装置将展品由展柜后侧旋转装置转移至水平移动装置上；水平移动装置由在丝杠副的带动下将展品移动至展柜中心B点；水平旋转装置带动展品360°旋转，同时显示屏对展品进行语音讲解，参观结束，各装置复位，第二次参观重复此流程。

2设计展柜的规划

设计公司需深入现场进行勘察调研，向经营方调查，了解展柜在中的位置、所占空间以及建筑结构等。主要观察墙、天、柱、电梯、出入口等周围环境和展柜的直接关系。充分了解现场硬件环境，有利于针对现场平面及空间对商品进行合理展示，起到吸引、提高展品品牌效应的良好效果。现场勘查中，应扩大勘查范围，对周边的展柜设计特点、设计原因进行深入分析，参照并对比周边展柜设计，从主题、灯光、色温等方面出发，观察展柜是否具有视觉上的冲击力，联系到自身需设计的装饰及展柜，重视展柜和周边展柜的链接性、过渡性。

3机电一体化中的整体设计原则

3.1在设计过程中要考虑是否具有较高的精准度

在进行机电一体化设计的过程中，要考虑到计算机的计算模式和设计模式。运用计算机进行计算和设置相比运用人工有着更大的精准度，所以在进行相关产业制造的过程中，就可以极大程度发挥计算机的优势技术来达到最好的操作效果。同时计算机的设计度也比较精准，就需要有更加精准的运行系统来配合其运作，才能最大程度上发挥计算机的优势。如果整体机械系统中的精准度并不高，在生产制造的过程中就会出现问题，所制造出来的产品很容易不合格。所以机械系统中的精准程度能够极大程度影响到机械产品的合格程度，也是对机械产品划分的检验标准，产品尺寸与设计尺寸的差距越小，就说明机电一体化水平的设计精准度越高。因为应用了计算机技术，所以我国极大多数情况下，各类机械产品的精准度都是比较高的。

3.2机电一体化设计中要具有良好的稳定性

在机电一体化设计中，整体机械系统所存在的分支较多，对稳定性的要求较高。拥有良好的稳定性才能够最大程度上保证机械系统的连续性运行。同时，机械系统的稳定性能越高，其所使用的时间就越长，一旦系统的使用时间延长了，那么就会在一定程度上节约了使用成本，最大限度的提高整体的工作效率和工作质量，提高行业的经济效率，机械系统的稳定性好了，那么就能制造出优秀的机械产品，保证产品的质量。要想最大程度上保证机械系统的稳定程度，就要严格减少机械的震动程度，使机械减少不必要的摩擦，所以严格的对机械零件进行选择尤为重要。一般情况下，规格较大的机械制造的过程中产生的震动程度较高，摩擦的程度也较高，所以在对其进行设计制造的过程中，要最大程度上将机械零件规格进行小化处理。

3.3机电一体化设计中要注意能够应对突发情况

在机械系统运行过程中，根据计算机的自动设计，能够使机械系统及时的应对各种突然发生的情况，并根据该突发问题有良好的反应能力。机械系统中各个系统之间都是相互独立运行的，当其中有任何一个系统发生了变化不会对其他系统产生任何影响，其他系统依然能够很好的运行。如果要临时对所要求的信息进行操作改变，那么也不会对系统有很大影响，机械系统能够根据改变的信息做出良好的操作反应，在接受到新的信息指令的同时继续新的工作，可以极大程度上节省工作的时间，从而提高整体效率。

4机电一体化展柜设计内容

4.1机电一体化展柜设计原则

第一，从运营需求的角度出发，以消费者为核心，设计展柜，秉承至上的理念进行设计。第二，消费者是消费的主体，但是展柜及商品对其购买欲望影响较大。设计应从展柜及商品的客体上考虑，将主体和客体结合起来。第三，明确展柜设计的载体，分析需展出的商品是软性商品或硬性商品，针对商品属性调整展柜的安全等级。第四，理解美观的设计对商品促销的作用。可将整个当做园林、花园进行设计分析，让消费者眼前一亮，愿意在中停留更多时间。第五，展柜设计要保障经营者对展柜基本质量的需求，并考虑不同展柜、展架之间设计的贯通性及过渡性，实现商品展示的最佳效应。

4.2设计构思

要充分利用现有的硬件资源，与其构成混元一体的装饰结构，延伸商品的结构和形象。在空间设计上，不同展柜稀疏高低都需考虑到视觉美观度，需在视觉上给人美观舒适的体验，便于消费者逐渐由远及近进入到展区，端详商品。展柜设计可结合商品外形，设计出不同的几何外形。例如，在服装区的男装、女装及童装展柜设计中，由于不同类型服装规格差异明显，需针对具体展览的商品调整展柜的长宽高，更改展柜的陈列方式。对于硬性商品的展柜，则要考虑硬性商品的种类、形态，分析商品外形特征。

5展柜各部分及其参数设计

5.1外框部分设计

外框主体材料为T型槽铝型材，正面、两侧以及顶端材料为喷漆铁皮。由左侧360mm的左侧支撑架，1140mm的前侧水平支撑架及若干挡板组成，由二通连接件和欧标螺母螺栓连接起来。

5.2后侧旋转装置

展柜后侧旋转装置包括后旋转电机、六角旋转固定件、连杆、“L”型旋转载物台、展品放置台。整个装置由步进电机带动六角旋转固定件旋转，从而带动六角旋转固定件连接的连杆以及旋转载物台，以完成零件竖直方向旋转目的。为保证零件在旋转过程中始终保持水平稳定状态，特将旋转载物台设计为“L”型，并令其与连杆之间为环形链接，整体可以展示6个零件。为保证指定旋转载物台移动至展柜左侧水平位置，由霍尔传感器精确定位确定其是否与水平移动装置在同一水平线上。具体步骤为霍尔开关传感器检测旋转载物台上安装的磁铁条，当检测到指定的磁铁条后，将信号反馈给PLC控制系统，PLC控制系统控制旋转电机，此时旋转电机断电，使得旋转载物台刚好停止在与水平旋转平台同等水平高度位置。

5.3展品转移装置

展品转移装置主要包括连杆、滑块槽、直齿条滑块、连杆电机等部分。展品转移装置目的为将放有展品的展品放置台由后旋转装置转移至水平移动装置上，以便于下一水平旋转任务的进行。水平旋转平台与“L”型旋转载物台上均有和展品放置平台下方配合的滑槽；直齿条滑块可以运动至展品放置平台下方，与展品放置平台下方斜齿配合，在连杆电机带动下，将放有展品的展品放置平台通过“L”型旋转载物台上的滑槽转移至水平旋转平台上。连杆电机驱动连杆做摇摆运动，实现直齿条滑块在滑块槽中的往复运动。

6机电一体化展柜设计要求与方法

机电一体化不同功能模块，其展柜设计要求不同，可以总结为以下内容：主要部分要求系统误差小，保证系统作业安全，并且具有较强的抗干扰能力，在周围存在干扰的情况下，依旧可以正常运行系统。基于绿色工程理念，也要求污染物产生与排放的数量要少。基于节能环保理念，要求能源转化效率要高；动力模块则要求输入功率小，而动力源尽可能选择内装，避免外装动力源因环境影响，对系统运行造成负面影响；控制模块要求对可控的I/O端口数量适合即可，不需要过多。除配备自动控制系统外，还要预留手动控制方法，避免因系统故障，自动运行出现意外，没有预备方案对系统进行处理；构造模块的几何尺寸要小，让系统整体占地面积与空间小，适宜搬运与组装，但是构造的强度要强，避免因搬运造成磕碰，影响系统正常使用。对机电一体化系统进行产品展柜设计时，根据性质区分设计，可将其区分为三种性质，即开发性、适用性和变异性。开发性产品展柜设计主要特点是在当前没有任何展柜设计参照样例时，即通过对已有产品开发新动能，以提高新特性的产品展柜设计，可理解为“从无到有”的一种产品展柜设计；而适应性展柜设计则是在不改变对已有产品总体展柜设计原则的前提下，对展柜设计方案的部分内涵加以改变，亦即通过微电子技术手段对已有产品的展柜设计全面替代，从而更适用于当前生产作业；而变异性展柜设计主要是在系统整体展柜设计方案、功能内容不发生改变的情况下，对产品规格、尺寸等外观内容进行调整，使其与生产产品相符合的一种“变形”。而根据方式区分与展柜设计，又可分成机械互补、结合、组合等三类方式。机电互补法在对以下系统中陈旧、落后的机器部件改造工作过中比较普遍，重点是对其进行技术升级；结合法多应用于新展柜设计中，即当以往的思考方向不产生变化时，再增加新型理论和内容，使之更适应于当前的作业要求；而组合法则是将机电互补法和结合法则相组合，对一体化系统的各个职能模块加以划分，重新组合成全新内容的一种设计方法。

结语

本文在传统展柜的基础上，设计了一种多功能展柜，并利用SolidWorks软件对其三维模型进行搭建。展柜主体采用T型槽铝型材，质地轻，便于装卸；顶部安装有红外线测距装置，当参观者靠近时，实现电源自动开关；旋转载物台上安装有磁铁条，通过霍尔开关传感器检测，可实现旋转载物台精准定位；整个参观过程采用PLC进行整体控制，实现人机互动，语音讲解，让参观者全方位、多角度的了解展品；整体设计融入光学、机械、电学，给参观者更新颖体验感受。

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