呂瑩瑩 王珊珊 宋雨馨

摘要：一款全自動(dòng)集分揀、存儲(chǔ)、取放于一體的智能快遞柜，采用STM32單片機(jī)作為主控芯片，openmv4攝像頭智能檢測(cè)，裝置主要采用壓縮氣體提供動(dòng)力。通過識(shí)別系統(tǒng)，分揀機(jī)構(gòu)，碼放機(jī)構(gòu)，存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)物品的快速識(shí)別、安全檢測(cè)、分揀、取放、存儲(chǔ)等功能。解決了快遞派送中因分揀、派送工作量大，而造成的網(wǎng)購弊端。得出適合小區(qū)、寫字樓、學(xué)校三種場(chǎng)所的快遞柜格口大小配比，設(shè)計(jì)出不同的快遞柜存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，以滿足顧客的多樣需求，因此，具有廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)分揀、大容量儲(chǔ)存、方便快捷、智能高效

1.研制背景及意義

1.1研制背景

我國快遞派送設(shè)備的研究起步較晚，目前快遞“最后一公里”派送主要采用物流數(shù)據(jù)平臺(tái)模式、上門服務(wù)模式、智能自提模式或分散自提模式，這些快遞派送模式都存在勞動(dòng)量大、智能化程度偏低和快遞派發(fā)時(shí)間長的問題。為了減輕快遞員的工作強(qiáng)度、減少派送出現(xiàn)的錯(cuò)誤，使快遞工作人員從單一、繁瑣的工作中解放出來，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能化控制，設(shè)計(jì)了一款全自動(dòng)集分揀、存儲(chǔ)、取放于一體的智能快遞柜來提高快遞派送效率。

2.機(jī)械設(shè)計(jì)方案

2.1主要機(jī)械結(jié)構(gòu)

2.1.1存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)

存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)如圖2-1所示，改變了傳統(tǒng)存儲(chǔ)貨架的結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)貨架的基礎(chǔ)上，每層貨架傾斜30°，并在每層貨架表面增設(shè)流利條，可有效減少快遞存儲(chǔ)時(shí)快遞包裹與貨架之間的摩擦。依靠貨物自身重力可實(shí)現(xiàn)快遞包裹的碼放，大大提高了快遞倉儲(chǔ)的空間利用率。

2.1.2分揀機(jī)構(gòu)

分揀機(jī)構(gòu)由200rad/min的直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過皮帶傳輸帶動(dòng)快遞包裹傳輸運(yùn)動(dòng)，根據(jù)識(shí)別系統(tǒng)檢測(cè)到的快遞信息——以快遞包裹的種類、重量、體積等參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行分揀，自動(dòng)匹配最佳倉儲(chǔ)位置，分揀機(jī)構(gòu)傳輸快遞包裹至指定位置，氣動(dòng)推桿由內(nèi)徑4mm行程150mm氣缸提供動(dòng)力，將快遞包裹由分揀機(jī)構(gòu)碼放至存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)[1]。

2.1.3運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的車輪采用2寸橡膠輪定向輪，承載重量70kg，運(yùn)動(dòng)底盤由新型輕質(zhì)材料做成，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來源于額定扭矩20kg.cm的直流編碼器電機(jī)，帶動(dòng)齒輪在1.5模15*15**500mm的齒條上運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精確運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確停止在指定位置，誤差有效控制在3mm范圍內(nèi)[2]。

2.1.4搬運(yùn)機(jī)構(gòu)

搬運(yùn)機(jī)構(gòu)由升降裝置和搬運(yùn)機(jī)械手兩部分組成。

升將裝置采用移動(dòng)剪交叉式升降機(jī)，升降范圍0至400mm，升降裝動(dòng)力來源于額定扭矩20kg.cm的直流編碼器電機(jī)帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)，使動(dòng)剪叉式支撐機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)升降，根據(jù)控制系統(tǒng)指令實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)升降，保障了機(jī)器搬運(yùn)的工作精確性。

搬運(yùn)機(jī)器手如圖所示，摒棄了傳統(tǒng)機(jī)械手依靠電機(jī)提供動(dòng)力的方式以及機(jī)械手仿生夾取模式。采用3pa壓縮氣體作為能源，由3個(gè)內(nèi)徑4mm行程20mm氣缸傾斜30°，相隔90mm固定位置安裝提供碼放動(dòng)力。由直徑40mm氣壓吸盤作為夾取動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)快速搬運(yùn)，保障了機(jī)器搬運(yùn)效率[3]。

2.1.5碼放機(jī)構(gòu)

碼放機(jī)構(gòu)在現(xiàn)有的仿生機(jī)械手的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，改變機(jī)械手臂的力臂長度與傳動(dòng)模式，使其靈活性更高，實(shí)用壽命更長，可根據(jù)單片機(jī)指令自動(dòng)完成快遞包裹的搬運(yùn)，相比于人工搬運(yùn)大大提高工作效率，節(jié)省大量人力與時(shí)間。

3.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)工作時(shí)首先進(jìn)行初始化設(shè)置，然后進(jìn)行自診斷管理，如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在錯(cuò)誤，將發(fā)出工作警報(bào)提示工作人員進(jìn)行處理。如無錯(cuò)誤發(fā)生則正常工作，按照快遞分揀存儲(chǔ)取放的工作流程，自動(dòng)完成各項(xiàng)工作。

快遞識(shí)別機(jī)構(gòu)主要是通過攝像頭掃描倉儲(chǔ)架的快遞箱體單號(hào)，從而準(zhǔn)確確定快遞包裹位置，為取件工作提供快遞包裹位置，提高取件效率?？爝f柜成功攬件后，會(huì)通過手機(jī)短信的方式，給收件人發(fā)送取件二維碼，取件時(shí)收件人通過刷取二維碼可快速取件，并且可同時(shí)取多個(gè)快遞包裹，提高了取件的效率[4]。

4.創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

（1）識(shí)別系統(tǒng)：采用視覺識(shí)別技術(shù)，以STM32單片機(jī)和openmv4攝像頭作控制系統(tǒng)的核心，可實(shí)現(xiàn)對(duì)快遞信息的準(zhǔn)確獲取，為實(shí)現(xiàn)快遞的智能分揀，存儲(chǔ)，以及智能取件提供信息支持。

（2）分揀系統(tǒng)：根據(jù)識(shí)別系統(tǒng)傳遞來的快遞信息，根據(jù)快遞包裹的種類，大小，以及包裹內(nèi)的快遞材質(zhì)，合理分配快遞存儲(chǔ)位置。

（3）此款作品可實(shí)現(xiàn)對(duì)快遞包裹快速識(shí)別、安全、分揀、取放、存儲(chǔ)等功能。智能化程度高，操作快捷方便。

（4）采用掃描二維碼取件的方式，改變的原始密碼取件方式，并可以實(shí)現(xiàn)一次取件多個(gè)包裹，大大提升了取件效率。

結(jié)束語：

本智能快遞柜設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了快遞的智能化派件，解決了現(xiàn)有快遞取件設(shè)備智能化程度和空間利用率偏低的問題，實(shí)現(xiàn)了快遞柜的快速取件。

參考文獻(xiàn)

[1]王桂香，何全燕，李為端，等.快遞柜存件六自由度機(jī)械臂設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2019，37（3）：6-7. DOI：10.19695/j.cnki.cn12- 1369.2019.03.04.

[2]謝鈺鵬，林春盛，李學(xué)南，等.一種快遞智能分揀裝置[J].機(jī)械工程師，2019，（8）：68-71.

[3]中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所.一種分揀式磁制冷快遞柜：CN202010139429.4[P].2020-06-25.

[4]毛淑婷.自動(dòng)分揀智能快遞柜：CN201922501854. 9[P]. 2020-10-01.