李苗

摘 要：本文以近年來比較熱門的快遞包裹分揀問題為研究背景，設(shè)計出一款機械代替人工分揀中等程度重量、怕摔的快遞包裹的機械手，進而減輕傳統(tǒng)人工作業(yè)的強度。

傳統(tǒng)的快遞包裹由紙質(zhì)快遞詳情單上的條形二維碼進行識別。而本設(shè)計則應(yīng)用了一種非接觸式近距離識別信息的技術(shù)。本設(shè)計通過RFID識別系統(tǒng)所識別的到的快遞包裹上的電子標(biāo)簽中所儲存的信息以及各個其他傳感器所識別的信號，并將所有的識別的信號數(shù)據(jù)傳遞至控制系統(tǒng)中的PLC中進行信號的處理，最終輸出控制機械手以及其機座動作的控制信號控制其動作完成快遞包裹的分揀任務(wù)。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù);傳感器;FX2N系列PLC;機械手

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，自動控制成為了工業(yè)發(fā)展甚至人們生活中不可或缺的一部分。快遞包裹的自動分揀機械手的設(shè)計研究成為一種迫切的需求。它能將成千上萬的快遞包裹進行區(qū)分分類。相比以往的人工分揀，分揀機械手系統(tǒng)有著極高的準(zhǔn)確率和效率。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，人工分揀的速度約為每小時150件，半自動的分揀案例中的系統(tǒng)可以達到每小時約350件，而以往實現(xiàn)自動識別和分揀的系統(tǒng)可以達到每小時約700件。由此可見，快遞包裹分揀機械手的設(shè)計研究對于提高我國快遞物流行業(yè)的發(fā)展有著很重要的意義。

一、快遞包裹分揀研究背景及現(xiàn)狀

現(xiàn)有的快遞分揀系統(tǒng)大部分需要在快遞包裹進入分揀系統(tǒng)之前進行人工拾撿快遞并用掃描儀對快遞單據(jù)進行掃描識別單據(jù)上的信息。然后，分揀系統(tǒng)的控制系統(tǒng)才能夠根據(jù)人工掃描的單據(jù)信息進行控制做出分揀的動作，這在很大程度上影響了快遞分揀的速度，進而降低了快遞包裹分揀的效率。

因此，需要改進現(xiàn)存的人工掃描快遞單據(jù)的方案，改為自動識別?，F(xiàn)有的快遞單據(jù)上的信息是由單據(jù)上的條形二維碼進行傳遞識別的，這就需要掃描儀非常準(zhǔn)確的找到快遞單據(jù)位置并在快遞單據(jù)上準(zhǔn)確的找到條形二維碼所處的位置，這項任務(wù)對于自動掃描識別單據(jù)的信息是至關(guān)重要的。然而，在現(xiàn)有的機械設(shè)備中這項任務(wù)是很難實現(xiàn)的，由于快遞單據(jù)位置粘貼的隨機性，機械設(shè)備很難實現(xiàn)對單據(jù)上條形二維碼位置的確定。所以，需要改進現(xiàn)有的單據(jù)傳遞信息所用的方式，利用RFID或NFC這種非接觸型近距離識別信息的技術(shù)。這兩種識別技術(shù)都不需要準(zhǔn)確的定位，只需要將信息卡和識別儀器保持在一定的距離范圍便可識別傳遞信息，可以很好地解決上述識別信息難的問題，進而實現(xiàn)快遞包裹的自動分揀。

二、設(shè)計綜述及整體設(shè)計結(jié)構(gòu)確定

由于本設(shè)計的研究背景為快遞包裹的分揀過程中自動分揀機械手的設(shè)計研究。故首先介紹快遞包裹從甲地的客戶A發(fā)送至乙地的客戶B手中的整個派送流程，即從甲地客戶A到自己所在地快遞包裹受理站向自己預(yù)期的對象乙地的客戶B發(fā)送快遞開始到快遞包裹被受理站受理再到其被運輸至快遞包裹中轉(zhuǎn)站并派送到此快遞預(yù)期的目的地受理站再至乙地客戶B手中的整個流程。

三、快遞包裹單據(jù)信息識別系統(tǒng)設(shè)計

由上文介紹的本設(shè)計的研究現(xiàn)狀的分析中，可知人工掃描快遞單據(jù)的方案耗時、耗力，經(jīng)濟性和高效率性都比較差，故本設(shè)計需改為自動識別。在現(xiàn)有的機械設(shè)備中這項任務(wù)是很難實現(xiàn)的，由于快遞單據(jù)位置粘貼的隨機性，機械設(shè)備很難實現(xiàn)對單據(jù)上條形二維碼位置的確定。所以，需要改進現(xiàn)有的單據(jù)傳遞信息所用的方式，利用RFID或NFC這種非接觸型近距離識別信息的技術(shù)。這兩種識別技術(shù)都不需要準(zhǔn)確的定位，只需要將信息卡和識別儀器保持在一定的距離范圍便可識別傳遞信息，可以很好地解決上述識別信息難的問題，進而實現(xiàn)快遞包裹的自動分揀。

四、快遞包裹分揀機械手機械部分設(shè)計

機械手在現(xiàn)實的工業(yè)生產(chǎn)中，不僅可以提高工業(yè)生產(chǎn)的勞動生產(chǎn)率、自動化水平，而且可以減輕作業(yè)人員的工作強度，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量以便實現(xiàn)安全的生產(chǎn)。而且隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要以及科學(xué)技術(shù)的不斷進步，機械手的功能和性能得到了不斷改進和提升。而且機械手在機械加工、裝配或是沖壓、鑄造、鍛造、焊接、電鍍以及熱處理、噴漆甚至是輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等不同的領(lǐng)域擔(dān)任著越來越重要的角色。

五、快遞包裹分揀機械手控制部分設(shè)計

在機電一體化系統(tǒng)中工業(yè)控制計算機是其核心的系統(tǒng)，而工業(yè)控制計算機的主要作用就是按照存儲的程序?qū)ο到y(tǒng)進行信息采集、加工處理、分析與判斷，并在一系列的按照程序操作后做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制，最終輸出模擬信號或者是數(shù)字信號對機械系統(tǒng)中的執(zhí)行系統(tǒng)進行控制，最終實現(xiàn)機電一體化的作業(yè)流程。

六、技術(shù)經(jīng)濟分析

本設(shè)計的單據(jù)識別模塊是從RFID和NFC兩種非接觸識別技術(shù)中選取了RFID技術(shù)對的單據(jù)信息進行識別。

其中，RFID技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，現(xiàn)實生活很多地方都在使用，譬如食堂的飯卡、水卡等，每一張識別所用的電子標(biāo)簽的價格成本不到一元，而NFC識別技術(shù)是近幾年剛發(fā)展起來的一種近距離信息交互的技術(shù)，由于其技術(shù)的剛剛發(fā)展因此成本比較高，現(xiàn)實中應(yīng)用較多的為高價位手機的NFC識別，因此經(jīng)濟性比RFID技術(shù)較差，因此本文選擇RFID識別技術(shù)比較經(jīng)濟。