⑴项目背景及国内外研究现状： 　　物品存放与使用这个问题将会伴随人类发展存在相当长的时期。物品存放的私密性、安全性与取用的便利性构成了困扰使用者的核心矛盾。增加私密性与安全性，取用的便利性就会受到影响，增加了便利性就会降低私密性与安全性。制约这个矛盾的根本因素就是物品是“死”的，而使用者是“活”的。如果改变这种传统的运动方式，给物品赋予智能化，让其运动起来就会彻底解决这个矛盾，也就打开了智能家居的发展空间。我们开发的这个“智能移动橱柜”项目就是从根本上解决了这个问题。尽管这个项目还刚刚开始，但是它却如同最初的Iphone一样，将会撬动无数爱好者去研发更多的应用。拓展广阔的物品存储的智能化空间。 　　该项目的最大亮点包括三个方面，一是允许用户随意的将物品放入任何一个存储空间，不用时刻牢记它的存储信息，并且在需要时可以准确的找到它，二是赋予被存放的物品智能化，在一个特定的时间段，它会主动向主人询问是否会得到需要并提供可供选择的选项。三是可作为保险箱使用，在计算机终端设置密码，在箱体上设置报警装置，只要设备被密码锁定，任何人都无法知道箱体中的物品内容，无法操作设备，因此也就无从盗窃了。如果罪犯使用暴力破拆的方式，相关报警信号将会通过网络直接传递给——主人、警察、高音扬声器。 　　⑵研究意义： 　　科学研究的任务之一就是运用科学技术手段改善人类的生活环境，使有限的生活空间得到最广泛的发挥和利用。随着世界上不可再生资源的不断减少，人类早已开始了对于生活空间的利用研究，力求不断拓展人类的休憩空间。使物品的存储空间和存储方式得到最大程度的改善。我们详细分析了涉及这个问题的社会生活领域。发现在以下一些方面可以包括需要解决这个问题的应用环境： 　　①民居环境中的居室、厨房、高层建筑的电梯间、楼道、阳台， 　　②各类办公室内需要存放储物柜和物品的墙面， 　　③图书馆、档案馆、资料室、博物馆、科学实验室， 　　④超市、洗浴中心以及其它需要存取商品和个人物品的场所， 　　⑤各类机动车车库， 　　⑥各类宿舍以及部队营房， 　　⑦工业品生产车间，机械修理车间， 　　⑧其它涉及物品存取的地方。 　　在涉及物品存取的上述领域内，如果能够实现“在上部空间尽可能多的安放储物容器，使用网络和信息技术为储存在容器之内的物品以及容器本身进行编码，建立信息标识，在需要取用时通过信息检索确定物品的坐标位置，然后通过网络为使用者和物品之间建立信息通道，由计算机控制驱动装置将储物容器单元移动到使用者面前，在取用完毕之后再通过驱动装置将容器单元移回上部空间”这样一种模式，将会产生以下进步意义： 　　第一、改变了人与存储物品之间的相对运动关系，让人静止下来，让储物容器运动起来；利用数字控制技术在人和物品之间建立信息通道，方便物品存取，减轻了人类的劳动强度，有助于降低生活压力和提高工作效率。 　　第二、改变了人类目前沿袭的只利用建筑物下部空间存储物品的习惯，开发和利用了建筑物内的上部空间。开辟了全新的物品存储方式和存储空间，扩展了人类存储自用物品的上部空间和人类休憩的下部空间。 　　第三、在不增加现有基本建设投资的前提下，可以较大幅度地增加诸如图书馆、档案馆、文献资料存放地等一些专用场所的有效库容，节省资金，提高利用水平和利用效率。 　　第四、利用数据库和信息检索技术为物品赋予信息标识，提高了对物品管理系统的管理水平，改变了只依靠人脑或者原始的纸笔来记录库存内容的落后方式。 　　第五、在利用信息检索技术的基础上，利用计算机控制技术实现物品储存容器的智能检索和智能移动，实现了在存储的诸多物品中准确地只将需要的物品存储单元调用给使用者的积极效果。缓解了人脑对于长期存储物品的记忆压力，避免了人类的重复劳动，增强了物品存放的安全性。 　　第六、在传统的物品存储领域加入了RFID技术、信息获取和远程移动控制技术，使物品的存取具备了远程计算机控制和无线遥控的基础，为使该领域建立“物联网”应用环境创造了基础条件。 　　1.项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键科学问题； 　　生活中一些物品的发明并非仅局限于技术本身，它还影响和改变着人们的生活，由技术的革新推动了社会的进步。因此，我们在研究具体解决方案的过程中也包括它对社会生活可能发挥积极作用的目标。 　　⑴积极开发和利用建筑物内部接近屋顶的上部空间。 　　在人类生产和生活的过程中，时刻需要与物品相伴。无论是生活必需品还是生产劳动用的工具，都不能离开人们太远。限于习惯的因素，人类一般不愿意借助凳子或梯子等其它工具来频繁的提高人体高度，耗费体力去高处存取物品。因此，人们不喜欢将常用物品存放在较高的空间位置上，而宁可牺牲掉有限的休憩空间，在2.0米以下安放了许多诸如储物柜一类的储存物品的容器。这种习惯在一定程度上挤占了人类的下部活动空间，导致了建筑物内部2.0米以上的空间至今没有得到较好的开发和利用。即使是一部分人将物品存放在了较高的位置上，也大多是“束之高阁”，在较长的时间内很少去动用，以至于有人甚至忘记了在那些空间里存放物品的具体内容。这种现象反映了远离人体的存储空间和“召之即来”的方便利用两者之间的矛盾，是一种人类思维上的误区。 　　⑵为普通民众自用物品的传统存储过程引入信息技术。 　　在信息技术高度发达的今天，信息技术已经融入了人类生活的方方面面，并且还在飞速发展。可是在人们每天都要接触的自用物品存储领域却极少见到信息技术的踪影。普通民众仍然要依靠自己的大脑和肢体来完成自用物品的存储和取用过程。改变这种局面的有效方法之一就是使用信息技术为存放于建筑物内上部空间的自用物品建立信息标识，控制储物柜的存放和移动。这样就能够达到最大限度的开发和利用该部分空间存放物品并且又能够让使用者方便取用的目的。 　　⑶在人与环境的关系中建立高效的“交通”设施。 　　在人与环境的关系中，人是社会的主体，环境是人赖以生存的空间。其理想状态是人在需要的时候，环境能够给人提供最佳的支援和配合。人们为了快捷高效的使用环境资源或者生产工具，就用运输工具将资源或者生产工具与使用者联系起来，这就是“交通”的内涵，就是流通环节。但目前的矛盾是，人利用空间环境来存储了在需要时能够拿来使用的物品和工具，却往往由于流通环节的不畅而阻碍了人类的利用。出现了要么没有足够的空间来存储物品，要么存储了之后在需要时难以取用。概括起来看，人类或者没有在这部分空间形成良好的“交通”意识，或者没有建立畅通的“交通”环境。而畅通的“交通”设施可以有效的调节高密度的人类次生环境中生活要素与生活空间两者之间的矛盾。 　　⑷改变人与物品之间传统的相对运动关系。 　　宏观的人文地理环境如此，微观的人类生活空间也同样。应用TRIZ理论建立该问题的物——场模型显示，在人（S1）与需要使用的物品（S2）之间，如果能够为两者建立检索方式和运输渠道（F），就会实现在不需要时让物品远离使用者，不对使用者的现有生活造成妨碍，尽量拓展人类的休憩空间；而在需要时通过检索方式和运输渠道，让物品方便的来到使用者的旁边，做到“召之即来、挥之即去”。这就是建立“环境友好型”人类次生环境的必要性。因此，必须彻底改变人类存储物品的传统习惯，实现“人从运动状态转变为静止状态，而让储存物品的容器运动起来”这样一种模式（TRIZ反向作用原理）。 　　我们应用TRIZ的分割原理，有效解决现有专利的移动预留空间浪费问题，在建筑物内部靠近屋顶的上部空间水平安放至少一层、至少两排并且至少两列呈密集排列的储物容器，在存放物品的过程中通过数据录入为物品建立信息标识，在储物容器以及存储的物品上设置RFID标签，以供确定储物容器的位置坐标和计算机检索时使用。借助于TRIZ理论的中介原理，在密集排列的储物容器的阵列中设置一个下降通道，由一个下降托板充填这个位置，既作为储物容器移动过程中的空余平台，又作为储物容器下降过程中的承载装置。当需要使用某一个储物容器存取物品时，可以通过物品信息标识或者储物容器的RFID标签来检索到需要移动并下降的储物容器，由计算机程序指令驱动控制装置带动储物容器做水平移动，并且在需要的时候改变移动方向，以便使其中某一个储物容器经过最短的移动距离到达升降通道位置，然后由升降驱动电机带动承载该储物容器的升降托板向下移动到易于存取物品的高度，使用者即可打开储物容器，存取物品。 　　这个技术方案的技术要点首先是利用信息技术实现了对储物容器以及储物容器内部存放的物品的编码。既可以确定每一个储物容器的位置坐标，又能够实现对储物容器和物品的计算机检索；其次是在排列好的储物容器的上部设置可做水平多方向移动的驱动装置，通过该驱动装置与储物容器之间的可拆卸性连接来移动一个或多个储物容器，使之产生水平方向的位移并且由计算机程序来确定移动路线。在指定的下降位置设有一个升降托板，该升降托板通过传动机构带动储物容器升降。 　　本技术方案所解决的关键问题包括以下两个方面： 　　⑴改变了使用者与物品之间的相对运动关系，进而改变了传统的落后习惯，使原本孤立的储物容器运动起来，提高了对人类生活的辅助功能。 　　⑵在使用者和物品之间引入信息技术，使人类和物品之间建立畅通的信息通道，在一定程度上解放了人脑，提高了工作效率。 　　2.拟采取的研究方案及可行性分析。 　　⑴运用信息检索手段保证技术的先进性。我们首先对该项技术进行了国际范围内的专利检索。据国家知识产权局专利检索咨询中心出具的“G120355”号《国际新颖性检索报告》，通过对《中国专利数据库》、《WPI数据库》、《日本专利英文文摘数据库》、《欧洲专利数据库》、《美国专利数据库》、《CNKI中国知网数据库》、《国家图书馆非专利期刊数据库》等多家文献数据库以及对互联网的检索证明，该项技术在全球范围内尚未发现先例，处于TRIZ技术系统进化S曲线第二部分的“趾部”，即生长初期，其新颖性和创造性已被确认处于国际领先地位。 　　⑵确定机械传动部分的结构方案。机械传动部分的设计方案有两种，一种是为储物容器配备独立的动力装置，使之在需要时可以自由移动；另一种是为储物容器阵列配备行走机构，使之在需要时与某一个储物容器形成可拆卸性连接，将动力传输给储物容器。经过对若干方案的分析和比对，我们选择了一种类似天车的纵横行走机构来实现对每一个储物容器的可拆卸性连接。该方案相对于在每一个储物容器上安装独立动力装置的方案，既节省了能源、动力和材料，又增强了稳定性。 　　⑶确定计算机控制技术。由于本技术方案不仅要对储物容器的移动实现过程控制，更重要的是要在储物容器及其物品与使用者之间建立信息通道，以满足智能化的要求。因此既需要数据录入和读取，也需要实现过程控制。根据这一要求，我们采用了嵌入式操作系统，配合动态控制系统。通过控制器与储物容器之间的实时数据交换实现对“查找物品”、“存储物品”、“取用物品”三项主要功能的支持。为了使专用控制器与通用计算机之间建立信息共享，我们选择了TF/SD卡以及USB接口程序。作为实现其它扩展功能的信息传输介质。 　　⑷确定信息标识和定位技术。为了使控制器准确获取每一个储物容器的当前位置坐标，我们使用了RFID技术，在承载储物容器的底板、储物容器的对应端面以及行走机构与储物容器进行可拆卸性连接的对应部分分别设置RFID芯片和读取装置，在与储物容器停靠的若干位置设置了光学传感器，可以实现行走机构与储物容器之间的精确定位。 　　⑸设置必要的技术保障环节。考虑到框架悬吊安装所带来的安全问题，我们根据建筑方面的一系列国家规范，结合该装置的总重量以及每个储物柜的重量，设定了超过总重量80%的安全系数指标，在装载物品和提升储物容器的阶段设置了超重报警装置，在储物容器上设置了关门检测和报警装置；为了避免停电和系统故障给使用者带来的不便，我们设置了备用电池和系统初始化程序。为了减少移动噪音，我们选用了耐磨性好，强度高，具有自润滑特性的POM聚甲醛树脂作为齿轮和齿条材料，并且在整体外壳内侧敷设降噪材料，可以将移动噪音控制在30db以下。 　　⑹对材料、结构以及各项功能的所有参数都将进行寿命实验及破坏性实验，以确定产品的各项质量指标。 　　⑺在各项指标均达到要求的基础上向国家有关部门申请技术鉴定并确立该项产品的国家标准。 　　总体的技术路线是：结构设计——材料选用——控制程序及电路设计——地面组装实验——悬吊安装实验——修订参数——确认指标——技术鉴定——确立国家标准——市场开发。 　　关于技术方案的可行性分析： 　　已知的现有技术支持上述研究方法和技术路线，目前尚未发现相关技术范畴的不确定性。其中： 　　⑴在传动机构设计方面，储物容器需要在施加动力的条件下沿着纵横两个方向移动。而在满足这个条件的动力装置中，类似“天车”的纵横行走机构是一项成熟技术，而且结构简单，成本低廉，运行稳定性较高。当其运行到储物容器上方的时候与储物容器形成可拆卸性连接，储物容器的底部采用轨道与万向滚轮相结合的滚动摩擦方式，使摩擦系数大为降低，可以满足储物容器跟随天车移动的技术要求。 　　⑵在系统及过程控制部分，嵌入式操作系统可以与通用计算机进行信息交换，还可以利用便携式浏览器浏览网络，使基础设备能够发挥最大的功用。选择这一操作系统既可以满足现有的工作需求，也为将来的功能扩展提供了基础。 　　⑶在建筑规范和安全方面，根据“建筑结构荷载规范（GB50009-2001）”中的规定，一般住宅和办公室楼面的活荷载值不得低于2.0KN/㎡，而传统家具对楼面施加的活荷载值一般不大于0.2 KN/㎡，因此，本技术方案形成的活荷载强度不会违反相关法规的要求。 　　3.本项目的特色与创新之处； 　　本项目具备以下特色和创新之处： 　　⑴改变了人类传统的“只在下部空间存放物品”的习惯，开发和利用了建筑物内的上部空间。 　　⑵解放和拓展了人类休憩的下部空间。 　　⑶在传统家居领域引入RFID信息传感技术、网络技术和控制技术，将传统家居产品转变为智能家居产品，并且为智能储物柜进入物联网环境奠定了基础。 　　创新的核心在于利用信息技术在人类和物品之间建立信息通道，让原本远离使用者的呆板固定的储物容器运动起来，具有了生命力。对于普通用户而言，其最大亮点包括两个方面，一是允许用户随意的将物品放入任何一个存储空间，再不用时刻牢记它的存储信息，并且在需要时可以准确的找到它，二是赋予被存放的物品智能化，在一个特定的时间段，它会主动向主人询问是否需要并提供可能的选项。

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