夏齊煒，張凱彥，馬新玲XIA Qi-wei，　ZHANG Kai-yan，　MA Xin-ling（華東理工大學(xué)，上海 200237）

快遞包裹分揀裝置的設(shè)計(jì)研究

夏齊煒，張凱彥，馬新玲
XIA Qi-wei，ZHANG Kai-yan，MA Xin-ling
（華東理工大學(xué)，上海 200237）

針對(duì)快遞包裹人工分揀存在的諸多問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)了一種分揀效率高、無(wú)暴力分揀、成本低的半自動(dòng)分揀裝置。該裝置通過(guò)識(shí)別快遞包裹上包含包裹目的地信息的條形碼，將條形碼信息送入單片機(jī)和PLC中，從而實(shí)現(xiàn)快遞包裹快速、高效的半自動(dòng)分揀。該裝置是一個(gè)可獨(dú)立工作的單元結(jié)構(gòu)，也能夠與其他相同的單元結(jié)構(gòu)串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)工作，減少了工作空間和成本，擴(kuò)展性強(qiáng)，提供了一種快遞包裹自動(dòng)分揀全新的方法和思路，具有廣泛的研究?jī)r(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。

快遞包裹；半自動(dòng)分揀；立體結(jié)構(gòu)；單元結(jié)構(gòu)

0　引言

近年來(lái)我國(guó)快遞企業(yè)如雨后春筍般發(fā)展，但大多數(shù)企業(yè)規(guī)模偏小，主要從事分量輕、體積小的快遞業(yè)務(wù)，對(duì)快件的逐次分揀過(guò)程還主要停留在人力分配階段。高強(qiáng)度、單一重復(fù)性地進(jìn)行信息識(shí)別后分配，不僅造成了信息處理錯(cuò)誤率較高，還造成快件的延誤率、遺失率、破損率不斷上升?，F(xiàn)階段只有極少數(shù)快遞擁有自己的網(wǎng)絡(luò)分揀系統(tǒng)，但存在過(guò)分依賴互聯(lián)網(wǎng)、靈活性差、云端設(shè)備成本過(guò)高、機(jī)械設(shè)備要求配置過(guò)高等缺點(diǎn)。針對(duì)快遞企業(yè)分揀過(guò)程中人工分揀的缺點(diǎn)以及云端高成本維護(hù)等問(wèn)題，本文研究設(shè)計(jì)了一種分揀效率高、成本低、體積小的半自動(dòng)化快遞包裹分揀裝置。

1　半自動(dòng)分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文針對(duì)中小型快遞分揀點(diǎn)設(shè)計(jì)，以改進(jìn)目前快遞分檢方式，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。該裝置可安裝于中小型快遞分揀點(diǎn)的操作間，具有安裝便捷、靈活的特點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際操作間的大小和操作效率需要來(lái)選擇導(dǎo)軌規(guī)格、抓手?jǐn)?shù)量和安排收納箱數(shù)量。本文設(shè)計(jì)的裝置實(shí)際可以滿足80平米及以上分檢操作間安裝使用，配備1～2名分檢員。裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示。

1.2導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本裝置的導(dǎo)軌設(shè)計(jì)主要有兩大特點(diǎn)：1）設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌采用吊軌的形式，整體形成閉合循環(huán)路徑，提高了空間利用率；2）分段式導(dǎo)軌設(shè)計(jì)安裝便捷，且可根據(jù)操作場(chǎng)所空間大小和實(shí)際需要選擇導(dǎo)軌規(guī)格和段數(shù)，組裝成符合實(shí)際空間允許的工作導(dǎo)軌。

圖1　半自動(dòng)快遞包裹分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

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1.3行走部分和抓手筐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

行走部分是產(chǎn)品工作的主要部件，包括上端行走機(jī)構(gòu)和下端抓手框，中段為氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)沿閉合導(dǎo)軌路徑的勻速的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，中段氣動(dòng)機(jī)構(gòu)控制活塞伸縮運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)下端抓手框的開(kāi)閉。行走部分采用四輪電動(dòng)設(shè)計(jì)，前輪自由轉(zhuǎn)向，彎道轉(zhuǎn)向有四個(gè)導(dǎo)向輪實(shí)現(xiàn)。抓手筐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1（b）所示。

2　裝置的控制設(shè)計(jì)

圖2　半自動(dòng)快遞包裹分揀裝置的工作流程

本裝置是綜合運(yùn)用條形碼技術(shù)、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、電子技術(shù)、控制原理、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械原理等多方面的知識(shí)設(shè)計(jì)完成的。主要用途是充分利用空間資源實(shí)現(xiàn)快遞的半自動(dòng)化分揀。

通過(guò)輸入快遞單上目的地信息制成新的條形碼，掃描新條形碼作為信息輸入來(lái)得到單片機(jī)的相應(yīng)輸出，輸入PLC進(jìn)行對(duì)機(jī)械手和行走部分的控制，當(dāng)快件到達(dá)目的槽口上方，抓手筐張開(kāi)放下包裹，達(dá)到分揀目的。本裝置的工作流程如圖2所示，工作的具體流程為：

1）條碼掃描器掃描包含包裹信息的條形碼，輸入到單片機(jī)和PLC組成控制中心，處理成行走部分到達(dá)該包裹目的槽口需要行走的單位長(zhǎng)度的個(gè)數(shù)n，存儲(chǔ)為n和當(dāng)前計(jì)數(shù)數(shù)值N；

2）控制中心向行走部分輸出前進(jìn)指令，行走部分前進(jìn)；

3）行走部分上方的激光對(duì)射極開(kāi)關(guān)被遮光一次即向控制中心反饋信號(hào)；

4）控制中心接受到信號(hào)，向行走部分輸出停止指令，確保行走部分向前行走一個(gè)單位距離，并且起到計(jì)數(shù)功能；

5）掃描后的快遞包裹由分揀員放到抓手筐中；

6）重復(fù)循環(huán)上述五步驟。

當(dāng)控制中心計(jì)數(shù)得到的數(shù)值與之前尚未被處理的步驟1）中的N+n有相同時(shí)，證明有抓手筐到達(dá)所載包裹的目的槽口上方，控制中心向該抓手筐輸出信號(hào)，抓手筐張開(kāi)，延時(shí)后閉合，包裹進(jìn)入目的槽口。

3　結(jié)束語(yǔ)

本裝置自動(dòng)化程度較高、容錯(cuò)率低、操作簡(jiǎn)便、成本有所下降；裝置采用了立體式結(jié)構(gòu)，減少了空間冗余，提高了土地使用的效率；裝置獨(dú)有的抓手筐設(shè)計(jì)適用于各種形狀和一定大小的快遞包裹，通用性強(qiáng)；裝置既可作為獨(dú)立的單元結(jié)構(gòu)工作，又可以與其相同的單元結(jié)構(gòu)串聯(lián)和/或并聯(lián)工作，擴(kuò)展性強(qiáng)，滿足了多種工作要求。將有較好的應(yīng)用前景及市場(chǎng)價(jià)值。

本裝置的實(shí)物樣機(jī)獲得上海市大學(xué)生“創(chuàng)造杯”大賽二等獎(jiǎng)（2015年），得到國(guó)家實(shí)用新型專利授權(quán)（專利號(hào)ZL 201521078251.8）。

［1］ 湯念念.快遞企業(yè)分揀作業(yè)研究［D］.大連海事大學(xué)，2012.

［2］ 安琦，顧大強(qiáng).機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京:科學(xué)出版社，2008.

［3］ 高志.機(jī)械原理［M］.上海:華東理工大學(xué)出版社，2011.

［4］ 李江全，魏中巖，等.單片機(jī)通信與控制應(yīng)用編程實(shí)例［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2012.

［5］ 向曉漢.西門子PLC完全精通教程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

Research on the design of express parcel sorting device

TP27

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1009-0134（2016）06-0136-02

2016-04-27

“國(guó)家級(jí)”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練支持計(jì)劃（20141020）

夏齊煒（1993 -），男，湖北人，本科，研究方向?yàn)檫^(guò)程裝備與控制工程。