趙祉昕+陳立+劉麗娜

摘 要：快遞行業(yè)發(fā)展迅速，而快遞公司難以在短時間內(nèi)提供在運輸和寄發(fā)過程中所需的專業(yè)設(shè)備。尤其是在快遞件的派送中，基本上依靠人力，易產(chǎn)生暴力運輸和派件現(xiàn)場混亂無序等現(xiàn)象。為了簡化快遞員的工作，并提高快遞分發(fā)效率，樹立快遞運輸行業(yè)的文明形象，設(shè)計了單雙環(huán)分區(qū)儲物存取裝置。該裝置主要包括機(jī)械部分和控制部分，機(jī)械部分主要由齒輪離合機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸機(jī)構(gòu)等組成，控制部分主要由電機(jī)、驅(qū)動電路、單片機(jī)等組成。通過機(jī)械部分與控制部分的配合使用，可以實現(xiàn)快遞員存儲貨物和收件人自行領(lǐng)取貨物。整個裝置分為外框架、大件儲物臺框架、小件儲物臺框架、大件儲物臺、小件儲物臺、運送平臺和驅(qū)動裝置。儲物臺安置在儲物臺框架上，儲物臺框架安裝在外框架上，運送平臺安裝在裝置中心的立柱上，驅(qū)動裝置為整體機(jī)構(gòu)提供動力。為了充分利用空間，該裝置將小件儲物臺分為內(nèi)儲存區(qū)和外儲存區(qū)，外儲存區(qū)固定，內(nèi)儲存區(qū)與外儲存區(qū)通過轉(zhuǎn)盤軸承連接，使其可以相對外儲存區(qū)轉(zhuǎn)動。通過這些機(jī)構(gòu)的組合可以實現(xiàn)運送平臺對各個儲物區(qū)的取放貨物，并充分利用空間。

關(guān)鍵詞：快遞；機(jī)電一體化；驅(qū)動裝置；簡單聯(lián)軸機(jī)構(gòu)

中圖分類號：F259.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.047

1 項目的研究內(nèi)容和研究目標(biāo)

本文研究了一種具有快件收發(fā)功能的儲物存取裝置，它能夠有效地節(jié)省快件儲存空間，簡化快遞員的派件流程，節(jié)約快遞員的時間，并提高用戶領(lǐng)取快件的效率。主要研究內(nèi)容如下：①如何讀取快件信息以及判斷快件大??；②如何對不同大小的快件進(jìn)行分區(qū)儲存，節(jié)約儲存空間；③如何設(shè)計機(jī)械機(jī)構(gòu)來完成快件的存放動作。

2 擬采取的研究方法和技術(shù)路線

2.1 實施方案

拆去外殼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維效果圖如圖1所示。

圖1為該裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，快遞員派件時，快遞通過運送平臺，快件由快件進(jìn)出口送入或送出。對于大件儲物臺的物品，運送平臺運動至相應(yīng)位置時直接將其儲放或取出；小件儲物臺則分為內(nèi)環(huán)儲存區(qū)和外環(huán)儲存區(qū)。

如圖2所示，外儲存區(qū)固定，內(nèi)環(huán)儲存區(qū)通過轉(zhuǎn)盤軸承與外環(huán)儲存區(qū)連接，使其可以相對外儲存區(qū)轉(zhuǎn)動。內(nèi)環(huán)儲物區(qū)上的貨物可以通過內(nèi)環(huán)和運送平臺上推板的同步運動直接存??；存取外環(huán)儲存區(qū)上貨物時，內(nèi)儲存區(qū)旋轉(zhuǎn)，使內(nèi)儲存區(qū)上的傳送帶所在位置與外儲存區(qū)取放物品的位置相對應(yīng)，外儲存區(qū)的儲物平臺的推板先將物品推送到傳送帶上，再通過傳送帶傳送到運送平臺上，放貨時流程相反。以下進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1.1 快件信息獲取和信息發(fā)送

快遞員在派件時，快遞員進(jìn)入派件界面后，將需要派送的快件的條形碼對準(zhǔn)條形碼掃描裝置進(jìn)行掃描，系統(tǒng)獲得快遞單號后聯(lián)網(wǎng)查詢快遞信息，獲取收件人預(yù)留手機(jī)號，并自動給收件人發(fā)送取件提示短信，提示取貨；裝置開始將快件送入裝置入口，入口處設(shè)有測量光幕，用于測量快件的長度和寬度，系統(tǒng)得出快件尺寸后迅速配置一個大小合適的儲物區(qū)，之后分為大件和小件。用戶發(fā)快遞時工作流程相反。

2.1.2 不同大小快件的儲存

為了對不同大小快件的分區(qū)儲存，運動平臺需要完成升降與推送運動，儲物臺需要完成圓周運動。

2.1.2.1 運動平臺的推送運動

運送平臺側(cè)板上安裝有絲桿驅(qū)動電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠運動，帶動推板，實現(xiàn)對貨物的推送運動。與之相對應(yīng)的每個儲存單元配有滾珠絲杠和與套筒固連的推板。兩絲杠通過聯(lián)軸結(jié)構(gòu)連接，電機(jī)驅(qū)動絲杠可以使兩部分推板同步運動。初始狀態(tài)為運送平臺上的推板位于最末端，儲存單元上的推板位于最始端。

存取快遞件時，電機(jī)驅(qū)動運送平臺上的滾珠絲杠，通過聯(lián)軸結(jié)構(gòu)帶動儲物臺上的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，使兩部分推板進(jìn)行同方向的直線運動，從而將快遞件儲存或取出。

由于運送平臺運動到儲物臺的相應(yīng)位置時，會存在一定位置上的誤差，所以，聯(lián)軸結(jié)構(gòu)需要在一定誤差范圍的前提下實現(xiàn)聯(lián)軸功能。

2.1.2.2 運動平臺的升降運動

為了實現(xiàn)運動平臺的升降運動，選用齒輪齒條機(jī)構(gòu)。齒條固定在豎直導(dǎo)軌上，升降電機(jī)安裝在運送平臺上。升降電機(jī)驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，通過齒輪齒條的嚙合運動帶動運送平臺沿豎直軌道進(jìn)行升降運動。為了保證齒輪齒條嚙合的重合度，我們設(shè)計了齒輪齒條限位支座。

2.1.2.3 儲物臺的圓周運動

齒輪離合機(jī)構(gòu)如圖3所示。

為了實現(xiàn)儲物臺的圓周運動，我們設(shè)計了如圖3所示的齒輪離合機(jī)構(gòu)。齒輪離合機(jī)構(gòu)位于裝置底板上，通過離合齒輪3與齒輪2、齒輪5的分別嚙合，相應(yīng)實現(xiàn)小件儲物臺內(nèi)儲存區(qū)的轉(zhuǎn)動或運送平臺的圓周運動。如圖3所示，電機(jī)通過齒輪傳動將動力傳至離合齒輪，當(dāng)舵機(jī)驅(qū)動離合齒輪嚙合時，實現(xiàn)運送平臺的圓周運動；離合齒輪嚙合時，將動力傳至齒輪1，齒輪1與小件儲物臺上的內(nèi)齒輪嚙合，從而實現(xiàn)小件儲物臺內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)動。

2.1.2.4 不同大小快遞儲存的整體流程

快遞員派件時，快件經(jīng)檢測的尺寸劃定為小件物品，且空閑小件區(qū)為外圈小件區(qū)時，系統(tǒng)控制舵機(jī)將主電機(jī)輸出與小件存儲載物臺內(nèi)的齒輪相連接，從而使小件存儲載物臺旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)格控制電機(jī)轉(zhuǎn)動角度，使空閑小件儲物區(qū)到達(dá)小件儲物區(qū)傳送帶傳送裝置處；升降電機(jī)開始工作，嚴(yán)格控制電機(jī)轉(zhuǎn)動角度，使運送平臺到達(dá)與載物臺平齊的高度。此時，運送平臺上電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使推板推送快件進(jìn)入傳送裝置處，接著由傳送裝置傳送至小件儲物區(qū)。

經(jīng)檢測為大件物品時，系統(tǒng)控制舵機(jī)將主電機(jī)輸出與主軸齒輪相連接，電機(jī)帶動主軸旋轉(zhuǎn)至所選儲物區(qū)所在絕對角度值，升降電機(jī)開始工作，嚴(yán)格控制電機(jī)轉(zhuǎn)動角度，使運送平臺到達(dá)與載物臺平齊的高度。此時，推送電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使快件進(jìn)入相應(yīng)的儲物區(qū)。

用戶取件時，系統(tǒng)的工作流程和快遞員派件大致相反，在此不再贅述。

2.1.3 控制部分

2.1.3.1 舵機(jī)控制

在本裝置中，舵機(jī)的主要用處就是主電機(jī)輸出換向，在存儲小件物品到外圈小件存儲區(qū)時，需要小件存儲區(qū)載物臺轉(zhuǎn)動。因此，系統(tǒng)需要控制舵機(jī)將主電機(jī)輸出接至載物臺使之轉(zhuǎn)動。當(dāng)存儲區(qū)在其他位置時，系統(tǒng)控制舵機(jī)將主電機(jī)輸出接至主軸，使主軸旋轉(zhuǎn)，從而完成小車的旋轉(zhuǎn)運動。

2.1.3.2 步進(jìn)電機(jī)控制

對于主電機(jī)控制，由于該裝置對定位精準(zhǔn)度要求較高，因此，我們采用電容接近開關(guān)來輔助步進(jìn)電機(jī)精準(zhǔn)定位。精準(zhǔn)定位原理為：在小車每一個精準(zhǔn)停車位置的臨近位置處裝有與框架材質(zhì)大為不同的傳感器作用件，系統(tǒng)驅(qū)動主電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使小車與目的儲物區(qū)相對接近，無限靠近傳感作用件時，裝在小車末端的電容傳感器檢測到這一信號，系統(tǒng)開始控制主電機(jī)減速，剎車，記錄這一過程中的脈沖總數(shù)，作為下一次減速補(bǔ)償脈沖個數(shù)的依據(jù)，從而有效縮小誤差范圍，提高了小車停車的精確度，有利于下一步機(jī)械對接的完成。

對于升降電機(jī)控制，在升降過程中需要小車精準(zhǔn)停車，其原理大致與主電機(jī)停車相同：系統(tǒng)控制升降電機(jī)上下移動，在無限靠近精準(zhǔn)停車位置處，傳感器接收到停車預(yù)備信號，電機(jī)開始減速，使小車精準(zhǔn)?？?。

對于小車推送電機(jī)控制，此部分不需要小車精準(zhǔn)停車，我們擬采用光電測距傳感器實時檢測小車與主軸（取貨）或外壁（存貨）之間的距離。當(dāng)檢測到小車運動距離大于儲物區(qū)長度的4/5時，即可認(rèn)為小車已經(jīng)完成貨物的存取動作，電機(jī)停止工作。

2.2 技術(shù)路線

完成本項目的設(shè)計及制作，我們設(shè)計了如圖4所示的技術(shù)路線。

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〔編輯：張思楠〕