北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院 吳輝婷 楊志成 任惠榮 唐和業(yè) 楚文軍

快遞自動(dòng)收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院 吳輝婷 楊志成 任惠榮 唐和業(yè) 楚文軍

通過分析快遞業(yè)務(wù)的現(xiàn)狀，以及假快遞給社會(huì)帶來的危害，對(duì)快遞自動(dòng)收發(fā)裝置的可行性進(jìn)行研究。 構(gòu)思一種快遞自動(dòng)收發(fā)裝置，預(yù)防假快遞乘虛而入，阻止違法活動(dòng)。同時(shí)，減少因貨主不在家，快遞人員反復(fù)投遞所付出的時(shí)間的浪費(fèi)。設(shè)計(jì)了一種基于二維碼技術(shù)的快遞包裹自動(dòng)收發(fā)裝置，實(shí)現(xiàn)了投遞、掃描二維碼、發(fā)送二維碼、存儲(chǔ)包裹、取出包裹全自動(dòng)流程。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)；智能手機(jī)；二維碼 ；升降傳送裝置；自動(dòng)收發(fā)系統(tǒng)

1　 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的興起，快遞業(yè)務(wù)得到發(fā)展與壯大，快遞業(yè)在繁榮了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，也給社會(huì)帶來了諸多隱患。一方面，從新聞媒體上看到不法快遞人員侵害貨主的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生[1，2]。另一方面，送貨到家而貨主不在，快遞人員無功而返，這樣既浪費(fèi)快遞公司的財(cái)力、物力，也給本來擁堵的道路交通帶來了壓力。

2　 快遞員投遞現(xiàn)狀與分析

普通的家庭一般分為工作者、上學(xué)者、孩子和老年休閑者，上述前兩者工作或?qū)W習(xí)時(shí)間往往不在家，后兩者容易受到侵害不敢接收快遞貨物。因此，快遞員投遞貨物占用大量的業(yè)余時(shí)間，且投遞成功率不是很高。為了提高投遞成功率，大家想出很多方法，主要有以下幾種：電話預(yù)約、短息通知、電話聯(lián)系、直接上門。信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，為電子商務(wù)搭建了信息平臺(tái)。3G、4G手機(jī)的出現(xiàn)又構(gòu)建了新的交易平臺(tái)[3]，拇指時(shí)代使得快遞業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展，同時(shí)也為破解快遞業(yè)務(wù)面臨的難題提供了契機(jī)。

3　 快遞自動(dòng)收發(fā)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.1 快遞自動(dòng)收發(fā)裝置功能設(shè)計(jì)

3．1．1 自動(dòng)投遞功能

根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想和發(fā)明解決問題理論（TRIZ）的進(jìn)化模式，對(duì)自動(dòng)收發(fā)裝置進(jìn)行功能分解，設(shè)計(jì)了如圖1所示的外觀結(jié)構(gòu)圖。在結(jié)構(gòu)圖中，可以看出該裝置由防假投遞口、外殼、升降傳送裝置、機(jī)器手、存儲(chǔ)柜、控制系統(tǒng)等組成。快遞員將貨物由投遞入口投入，貨物受重力影響自動(dòng)下滑，經(jīng)送件二維碼掃描槍掃碼驗(yàn)證通過后，掃描槍將掃描碼送入PLC控制器，控制器控制升降傳送機(jī)構(gòu)和機(jī)器手機(jī)構(gòu)協(xié)同工作，將貨物存儲(chǔ)于儲(chǔ)物柜的空柜體中。本裝置可有效提高送件效率，降低快遞員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并避免了送件到家過程存在的安全隱患。

3．1．2 自動(dòng)取貨功能

貨主取件時(shí)，利用商家發(fā)送的取件二維碼在外面的掃描槍前掃描二維碼，掃描槍將掃描二維碼信息發(fā)送到PLC控制器，PLC控制器查找到該二維碼信息對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)物柜體后，根據(jù)該柜體的位置信息，控制推送機(jī)器手將貨物由柜體中推出，由取件傳送單元送出至取件口；其中，快遞件上的二維碼與客戶的取件二維碼并不相同，由系統(tǒng)自動(dòng)匹配，防止快遞員利用二維碼盜取貨物。

3．1．3 防偽投遞功能

掃描槍掃描貨物二維碼是投遞成功的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，只有掃描成功才能確認(rèn)貨物進(jìn)入存儲(chǔ)柜，基站才能發(fā)送信息通知貨主來取貨[4]。假如有不法快遞人員將貨物投送成功，又將物品取回這將會(huì)給貨主帶來損害。這時(shí)滑動(dòng)傳感器起到作用，正向滑動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)正常運(yùn)行，一旦發(fā)生物品反向運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)傳感器發(fā)出信號(hào)，控制器啟動(dòng)單向門，關(guān)死閘門，防止貨物被盜；同時(shí)記錄二維碼信息，為將來查找不法快遞員提供佐證；基站發(fā)送報(bào)警信息，由快遞公司及安防系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3.2 快遞自動(dòng)收發(fā)裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

快遞自動(dòng)收發(fā)裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，包括防假投遞口、外殼、升降裝置、傳送裝置、坐標(biāo)機(jī)器人、存儲(chǔ)柜、包裹輸出口和控制系統(tǒng)等組成。

3．2．1 外觀的設(shè)計(jì)

快遞自動(dòng)收發(fā)裝置外觀結(jié)構(gòu)圖如圖1所示?？爝f自動(dòng)收發(fā)裝置包括貨物送入口、內(nèi)部掃描槍、出貨口、外殼。當(dāng)貨品存儲(chǔ)時(shí)，快遞人員將貨品放在投遞口處，為防止貨品滑落，設(shè)置支板。貨品進(jìn)入后，內(nèi)部掃描槍A掃描貨品上的二維碼，機(jī)器人和傳送升降機(jī)構(gòu)完成貨品存儲(chǔ)操作。當(dāng)貨品需要取出時(shí)，取貨人用可攜帶二維碼的智能手機(jī)等物品放在外部掃描槍B處接收掃描，坐標(biāo)機(jī)器人和輸出傳送帶工作，將物品送出，取貨人拿走貨物。

3．2．2 升降與傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

升降傳送機(jī)構(gòu)主要包括升降架、升降電機(jī)、傳送帶和傳送電機(jī)。作用是將要存儲(chǔ)的貨物送到預(yù)存置單元存儲(chǔ)柜的入口。貨物送出也需要傳送帶運(yùn)輸，它位于存儲(chǔ)柜的后部，包括傳送帶和傳送電機(jī)。是它將坐標(biāo)機(jī)器人推出的貨物送到出貨口。

3．2．3 坐標(biāo)機(jī)器人的設(shè)計(jì)

機(jī)器人采用PPP方式制作。普通的機(jī)器人價(jià)格昂貴，控制困難。由于本工作區(qū)域是立方體，如果采用三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)將提高工作效率，大大降低制作成本。坐標(biāo)機(jī)器人正好符合立方體區(qū)域工作，如果一個(gè)機(jī)器人能夠解決整個(gè)收發(fā)庫的所有貨物的存放、發(fā)送，將大大減少設(shè)備的成本。

圖1　 快遞自動(dòng)收發(fā)裝置外觀結(jié)構(gòu)圖

圖2　 坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 軟件設(shè)計(jì)

本軟件是在Linux操作系統(tǒng)平臺(tái)下開發(fā)的，該操作系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)是它支持多用戶、多任務(wù)，因?yàn)榭爝f自動(dòng)收發(fā)裝置剛剛起步，各個(gè)用戶終端使用的平臺(tái)不盡相同，這樣有更好的兼容性。另外，Linux操作系統(tǒng)平臺(tái)有豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，在網(wǎng)頁瀏覽、文件傳輸遠(yuǎn)程登錄更加便捷。PLC采用歐姆龍公司生產(chǎn)的CP1H型號(hào)，主要特點(diǎn)是產(chǎn)品價(jià)格較低，容易被使用者接受。另外，PLC采用模塊化安裝，用于坐標(biāo)機(jī)器人是理想的位控單元，PLC的軟件程序是關(guān)系自動(dòng)收發(fā)郵件包裹的指揮系統(tǒng)，程序運(yùn)行的可靠性關(guān)乎系統(tǒng)運(yùn)行的成敗。該程序采用CX-Programmer梯形圖語言編寫，程序可讀性強(qiáng)、易于查找問題并能在線調(diào)試[8]，大大縮短設(shè)備的調(diào)試周期。它可以安裝在Linux系統(tǒng)下，也可以和Microsoft Office平臺(tái)下的其它工具兼容，將來使用EXCEL等數(shù)據(jù)報(bào)表更加方便。系統(tǒng)程序由一個(gè)主程序和若干子程序組成，包括系統(tǒng)初始化程序，升降傳送機(jī)構(gòu)控制程序和坐標(biāo)機(jī)器人控制程序。主程序運(yùn)行流程圖如圖3所示。

圖3　 主程序運(yùn)行流程圖

4　 結(jié)束語

從預(yù)防偽快遞角度，基于二維碼技術(shù)的快遞自動(dòng)收發(fā)裝置比傳統(tǒng)的人工手遞手工作更加有效。從生產(chǎn)管理的角度來說，大大提高快遞人員的勞動(dòng)效率，減少工人的時(shí)間成本。從企業(yè)的競爭力來說，由于采用先進(jìn)的快遞設(shè)備，預(yù)防不法之徒的非份之想，提高了安全性，它將更受使用者的垂青。因此，該裝置可以充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)完善了居民住宅區(qū)使用功能，對(duì)解決快遞擾民的問題提供了解決之道。

[1]假快遞員入室．http://www．fawan．com．cn/html/2013-07/18/ content_445400．htm．

[2]貨到付款需謹(jǐn)慎．http://n．cztv．com/zhejiang/554987．html．

[3]錢峰．商業(yè)銀行移動(dòng)金融外部環(huán)境分析及策略建議[J]．金融理論與實(shí)踐2012．6:33-36．

[4]呼曉靜．智能存包柜在圖書館的應(yīng)用[J]公共圖書館, 2010．5:47-49．

吳輝婷，女，本科，研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)。

楊志成，男，北京人，碩士，北京聯(lián)合大學(xué)副教授、儀表自動(dòng)化高級(jí)考評(píng)員、儀表技師，主要研究方向?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)與控制。

北京聯(lián)合大學(xué)“啟明星”大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：201511417SJ015。