楊立坤，胡宏佳，隋英東，常 廣，唐姣庭

（齊齊哈爾大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)迫切需要各種各樣質(zhì)量?jī)?yōu)、性能好、效率高、能耗低、價(jià)格廉的機(jī)械產(chǎn)品。在這期間全世界物流行業(yè)迅速發(fā)展，上網(wǎng)購(gòu)物已經(jīng)十分普遍，快遞行業(yè)與人們生活的聯(lián)系也及其緊密?？旒倪M(jìn)庫(kù)和出庫(kù)是快遞行業(yè)中最常見(jiàn)的活動(dòng)，但傳統(tǒng)快遞行業(yè)快件的存放過(guò)程中需要大量的人力，并且快件的擺放雜亂無(wú)章，不僅造成空間的浪費(fèi)而且在無(wú)形之中對(duì)工作人員的安全造成威脅，同時(shí)在尋找特定快件的過(guò)程中會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間。為了解決這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新型快件自動(dòng)存取裝置。

1 總體結(jié)構(gòu)

存取機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、控制部分和驅(qū)動(dòng)部分三個(gè)部分組成。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)部分又可以分為帶動(dòng)機(jī)械手做水平運(yùn)動(dòng)的直線導(dǎo)軌、帶動(dòng)機(jī)械手做豎直運(yùn)動(dòng)的多級(jí)伸縮式氣缸、帶動(dòng)機(jī)械手做存取運(yùn)動(dòng)的單桿雙作用氣缸、抓取貨物的機(jī)械手、運(yùn)送貨物的輸送帶。直線導(dǎo)軌的驅(qū)動(dòng)部分是由電機(jī)組成，多級(jí)伸縮式氣缸和單桿雙作用氣缸由氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。在總體結(jié)構(gòu)上主要分為兩級(jí)，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)行使用中能夠?qū)ω?fù)責(zé)范圍內(nèi)的快遞進(jìn)行分揀。結(jié)構(gòu)運(yùn)行使用中實(shí)現(xiàn)分揀功能需要對(duì)快遞包裝外層的條碼進(jìn)行掃讀，每一個(gè)條碼中都存儲(chǔ)了特定的信息，讀取后其中包含的信息通過(guò)結(jié)構(gòu)的信息傳輸通道傳入到控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)通過(guò)信息反映來(lái)了解其中的內(nèi)容并發(fā)出相對(duì)應(yīng)的分揀指令?？偪刂葡到y(tǒng)下的各個(gè)模塊接收到指令后會(huì)快速執(zhí)行，通過(guò)建立信息反饋系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)快遞分揀系統(tǒng)的全面控制，提升系統(tǒng)的整體配合能力，基于總體結(jié)構(gòu)之上需要對(duì)軟件程序進(jìn)行匯編，硬件配合軟件共同實(shí)現(xiàn)功能。從兩個(gè)層面來(lái)進(jìn)行功能完善?？爝f分揀需要根據(jù)基礎(chǔ)分類來(lái)將快遞投遞到指定的位置區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)類型來(lái)進(jìn)行分類，總體結(jié)構(gòu)運(yùn)行使用功能實(shí)現(xiàn)需要快遞工作人員的參與配合，將快遞包裹放置到傳輸帶中，分類配合傳輸系統(tǒng)來(lái)將快遞歸整到合理的位置區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)快遞分揀結(jié)構(gòu)體系的功能。

圖1 存取機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖

2 工作過(guò)程

將貨物掃碼后PC端會(huì)自動(dòng)將貨物分配到相應(yīng)的貨架以及位置上并且PC端會(huì)記錄下相應(yīng)貨物的各種信息，之后可將貨物放在輸送帶上，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定位置之后輸送帶會(huì)停止，此時(shí)機(jī)械手會(huì)立即將貨物抓起放在相應(yīng)貨倉(cāng)內(nèi)，之后機(jī)械手會(huì)回到原始位置待命，完成存貨過(guò)程。詳細(xì)的工作原理是當(dāng)PC端發(fā)出位置信息時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的控制命令控制輸送帶運(yùn)行時(shí)間以及機(jī)械手的抓取運(yùn)動(dòng)以及X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)械手抓住貨物時(shí)，三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)行，X軸方向運(yùn)動(dòng)將由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行水平方向定位。于此同時(shí)，Y軸方向?qū)⒂蓺鈩?dòng)驅(qū)動(dòng)三級(jí)伸縮式氣缸進(jìn)行豎直方向的定位。當(dāng)X軸方向和Y軸方向定位都完成時(shí)，氣壓將驅(qū)動(dòng)單桿雙作用氣缸進(jìn)行Z軸方向定位。當(dāng)單桿雙作用氣缸的活塞桿伸長(zhǎng)至最大長(zhǎng)度時(shí)機(jī)械手會(huì)松開(kāi)放下貨物，之后復(fù)位完成存貨運(yùn)動(dòng)。取貨運(yùn)動(dòng)與存活運(yùn)動(dòng)類似，當(dāng)要取出貨物時(shí)只需在PC端選中，之后三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)定位到相應(yīng)位置取出貨物，后將貨物放在輸送帶上，最后傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)位，完成取貨動(dòng)作。

3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

選取80C196KC單片機(jī)，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制，通過(guò)接收由工作人員在PC端上在選取完貨物存儲(chǔ)位置之后發(fā)出的相應(yīng)位置信息從而操控滾珠絲杠、單桿雙作用氣缸、三級(jí)伸縮式氣缸運(yùn)行，從而帶動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置。

作為下位機(jī)的單片機(jī)是用來(lái)控制三維運(yùn)輸設(shè)備，作為上位機(jī)的PC機(jī)是用來(lái)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行藥柜抽屜藥品大概剩余量的顯示和取藥指令的識(shí)別。因此，PC機(jī)和單片機(jī)之間需要數(shù)據(jù)的傳遞。這種通信可使用PC機(jī)的RS-232C串行口與單片機(jī)的UART串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)PC機(jī)和MCS-51系列單片機(jī)之間進(jìn)行全雙工串行數(shù)據(jù)通信。連接如圖2所示，8031從TxD端輸出的TTL電平經(jīng)Sp3223E轉(zhuǎn)換為PC機(jī)可以接收的RS-232C電平信號(hào)，從RXD端進(jìn)入PC機(jī)，Sp3223E的供電電壓是3V。PC機(jī)從TxD端輸出的RS-232C電平經(jīng)過(guò)Sp3223E轉(zhuǎn)換為T(mén)TL電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)RXD送入80C196內(nèi)。

圖2 PC機(jī)與80C196間的串行通信示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

提出一種小型化、輕量化、功能化、經(jīng)濟(jì)化的利用三維機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備存取貨物結(jié)構(gòu)方案，通過(guò)單片機(jī)的控制，最大程度的釋放了生產(chǎn)力、降低了工作人員的工作量、提高了工作效率、實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物更好的保存，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。