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      一款全自動集分揀、存儲、取放于一體的智能快遞柜

      2021-09-22 21:42:10呂瑩瑩王珊珊宋雨馨
      科技研究 2021年22期

      呂瑩瑩 王珊珊 宋雨馨

      摘要:一款全自動集分揀、存儲、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,裝置主要采用壓縮氣體提供動力。通過識別系統(tǒng),分揀機(jī)構(gòu),碼放機(jī)構(gòu),存儲機(jī)構(gòu)可自動實現(xiàn)物品的快速識別、安全檢測、分揀、取放、存儲等功能。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)校三種場所的快遞柜格口大小配比,設(shè)計出不同的快遞柜存儲結(jié)構(gòu),以滿足顧客的多樣需求,因此,具有廣闊的市場前景和應(yīng)用價值。

      關(guān)鍵詞:全自動分揀、大容量儲存、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量大、智能化程度偏低和快遞派發(fā)時間長的問題。為了減輕快遞員的工作強(qiáng)度、減少派送出現(xiàn)的錯誤,使快遞工作人員從單一、繁瑣的工作中解放出來,實現(xiàn)自動化智能化控制,設(shè)計了一款全自動集分揀、存儲、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)計方案

      2.1主要機(jī)械結(jié)構(gòu)

      2.1.1存儲機(jī)構(gòu)

      存儲機(jī)構(gòu)如圖2-1所示,改變了傳統(tǒng)存儲貨架的結(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時快遞包裹與貨架之間的摩擦。依靠貨物自身重力可實現(xiàn)快遞包裹的碼放,大大提高了快遞倉儲的空間利用率。

      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,通過皮帶傳輸帶動快遞包裹傳輸運動,根據(jù)識別系統(tǒng)檢測到的快遞信息——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,自動匹配最佳倉儲位置,分揀機(jī)構(gòu)傳輸快遞包裹至指定位置,氣動推桿由內(nèi)徑4mm行程150mm氣缸提供動力,將快遞包裹由分揀機(jī)構(gòu)碼放至存儲機(jī)構(gòu)[1]。

      2.1.3運動機(jī)構(gòu)

      運動機(jī)構(gòu)的車輪采用2寸橡膠輪定向輪,承載重量70kg,運動底盤由新型輕質(zhì)材料做成,運動機(jī)構(gòu)的動力來源于額定扭矩20kg.cm的直流編碼器電機(jī),帶動齒輪在1.5模15*15**500mm的齒條上運動,可實現(xiàn)運動機(jī)構(gòu)的精確運動,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搬運機(jī)構(gòu)

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

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

      搬運機(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力。由直徑40mm氣壓吸盤作為夾取動力,可實現(xiàn)快速搬運,保障了機(jī)器搬運效率[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模式,使其靈活性更高,實用壽命更長,可根據(jù)單片機(jī)指令自動完成快遞包裹的搬運,相比于人工搬運大大提高工作效率,節(jié)省大量人力與時間。

      3.控制系統(tǒng)的設(shè)計方案

      系統(tǒng)工作時首先進(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)存在錯誤,將發(fā)出工作警報提示工作人員進(jìn)行處理。如無錯誤發(fā)生則正常工作,按照快遞分揀存儲取放的工作流程,自動完成各項工作。

      快遞識別機(jī)構(gòu)主要是通過攝像頭掃描倉儲架的快遞箱體單號,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。快遞柜成功攬件后,會通過手機(jī)短信的方式,給收件人發(fā)送取件二維碼,取件時收件人通過刷取二維碼可快速取件,并且可同時取多個快遞包裹,提高了取件的效率[4]。

      4.創(chuàng)新點及應(yīng)用

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

      (2)分揀系統(tǒng):根據(jù)識別系統(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),合理分配快遞存儲位置。

      (3)此款作品可實現(xiàn)對快遞包裹快速識別、安全、分揀、取放、存儲等功能。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,并可以實現(xiàn)一次取件多個包裹,大大提升了取件效率。

      結(jié)束語:

      本智能快遞柜設(shè)計實現(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[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.自動分揀智能快遞柜:CN201922501854. 9[P]. 2020-10-01.

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