快遞自動收發(fā)系統(tǒng)的設計

北京聯(lián)合大學生物化學工程學院 吳輝婷 楊志成 任惠榮 唐和業(yè) 楚文軍

快遞自動收發(fā)系統(tǒng)的設計

北京聯(lián)合大學生物化學工程學院 吳輝婷 楊志成 任惠榮 唐和業(yè) 楚文軍

通過分析快遞業(yè)務的現(xiàn)狀，以及假快遞給社會帶來的危害，對快遞自動收發(fā)裝置的可行性進行研究。 構思一種快遞自動收發(fā)裝置，預防假快遞乘虛而入，阻止違法活動。同時，減少因貨主不在家，快遞人員反復投遞所付出的時間的浪費。設計了一種基于二維碼技術的快遞包裹自動收發(fā)裝置，實現(xiàn)了投遞、掃描二維碼、發(fā)送二維碼、存儲包裹、取出包裹全自動流程。

創(chuàng)新設計；智能手機；二維碼 ；升降傳送裝置；自動收發(fā)系統(tǒng)

1　 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的興起，快遞業(yè)務得到發(fā)展與壯大，快遞業(yè)在繁榮了社會經(jīng)濟的同時，也給社會帶來了諸多隱患。一方面，從新聞媒體上看到不法快遞人員侵害貨主的現(xiàn)象時有發(fā)生[1，2]。另一方面，送貨到家而貨主不在，快遞人員無功而返，這樣既浪費快遞公司的財力、物力，也給本來擁堵的道路交通帶來了壓力。

2　 快遞員投遞現(xiàn)狀與分析

普通的家庭一般分為工作者、上學者、孩子和老年休閑者，上述前兩者工作或?qū)W習時間往往不在家，后兩者容易受到侵害不敢接收快遞貨物。因此，快遞員投遞貨物占用大量的業(yè)余時間，且投遞成功率不是很高。為了提高投遞成功率，大家想出很多方法，主要有以下幾種：電話預約、短息通知、電話聯(lián)系、直接上門。信息技術的迅猛發(fā)展，為電子商務搭建了信息平臺。3G、4G手機的出現(xiàn)又構建了新的交易平臺[3]，拇指時代使得快遞業(yè)務蓬勃發(fā)展，同時也為破解快遞業(yè)務面臨的難題提供了契機。

3　 快遞自動收發(fā)裝置的創(chuàng)新設計

3.1 快遞自動收發(fā)裝置功能設計

3．1．1 自動投遞功能

根據(jù)模塊化設計思想和發(fā)明解決問題理論（TRIZ）的進化模式，對自動收發(fā)裝置進行功能分解，設計了如圖1所示的外觀結構圖。在結構圖中，可以看出該裝置由防假投遞口、外殼、升降傳送裝置、機器手、存儲柜、控制系統(tǒng)等組成。快遞員將貨物由投遞入口投入，貨物受重力影響自動下滑，經(jīng)送件二維碼掃描槍掃碼驗證通過后，掃描槍將掃描碼送入PLC控制器，控制器控制升降傳送機構和機器手機構協(xié)同工作，將貨物存儲于儲物柜的空柜體中。本裝置可有效提高送件效率，降低快遞員的勞動強度，并避免了送件到家過程存在的安全隱患。

3．1．2 自動取貨功能

貨主取件時，利用商家發(fā)送的取件二維碼在外面的掃描槍前掃描二維碼，掃描槍將掃描二維碼信息發(fā)送到PLC控制器，PLC控制器查找到該二維碼信息對應的儲物柜體后，根據(jù)該柜體的位置信息，控制推送機器手將貨物由柜體中推出，由取件傳送單元送出至取件口；其中，快遞件上的二維碼與客戶的取件二維碼并不相同，由系統(tǒng)自動匹配，防止快遞員利用二維碼盜取貨物。

3．1．3 防偽投遞功能

掃描槍掃描貨物二維碼是投遞成功的關鍵節(jié)點，只有掃描成功才能確認貨物進入存儲柜，基站才能發(fā)送信息通知貨主來取貨[4]。假如有不法快遞人員將貨物投送成功，又將物品取回這將會給貨主帶來損害。這時滑動傳感器起到作用，正向滑動時，系統(tǒng)正常運行，一旦發(fā)生物品反向運動，滑動傳感器發(fā)出信號，控制器啟動單向門，關死閘門，防止貨物被盜；同時記錄二維碼信息，為將來查找不法快遞員提供佐證；基站發(fā)送報警信息，由快遞公司及安防系統(tǒng)進行處理。

3.2 快遞自動收發(fā)裝置總體結構設計

快遞自動收發(fā)裝置采用模塊化設計，包括防假投遞口、外殼、升降裝置、傳送裝置、坐標機器人、存儲柜、包裹輸出口和控制系統(tǒng)等組成。

3．2．1 外觀的設計

快遞自動收發(fā)裝置外觀結構圖如圖1所示。快遞自動收發(fā)裝置包括貨物送入口、內(nèi)部掃描槍、出貨口、外殼。當貨品存儲時，快遞人員將貨品放在投遞口處，為防止貨品滑落，設置支板。貨品進入后，內(nèi)部掃描槍A掃描貨品上的二維碼，機器人和傳送升降機構完成貨品存儲操作。當貨品需要取出時，取貨人用可攜帶二維碼的智能手機等物品放在外部掃描槍B處接收掃描，坐標機器人和輸出傳送帶工作，將物品送出，取貨人拿走貨物。

3．2．2 升降與傳送機構的設計

升降傳送機構主要包括升降架、升降電機、傳送帶和傳送電機。作用是將要存儲的貨物送到預存置單元存儲柜的入口。貨物送出也需要傳送帶運輸，它位于存儲柜的后部，包括傳送帶和傳送電機。是它將坐標機器人推出的貨物送到出貨口。

3．2．3 坐標機器人的設計

機器人采用PPP方式制作。普通的機器人價格昂貴，控制困難。由于本工作區(qū)域是立方體，如果采用三個方向的直線運動將提高工作效率，大大降低制作成本。坐標機器人正好符合立方體區(qū)域工作，如果一個機器人能夠解決整個收發(fā)庫的所有貨物的存放、發(fā)送，將大大減少設備的成本。

圖1　 快遞自動收發(fā)裝置外觀結構圖

圖2　 坐標機器人結構示意圖

3.3 軟件設計

本軟件是在Linux操作系統(tǒng)平臺下開發(fā)的，該操作系統(tǒng)最重要的特點是它支持多用戶、多任務，因為快遞自動收發(fā)裝置剛剛起步，各個用戶終端使用的平臺不盡相同，這樣有更好的兼容性。另外，Linux操作系統(tǒng)平臺有豐富的網(wǎng)絡資源，在網(wǎng)頁瀏覽、文件傳輸遠程登錄更加便捷。PLC采用歐姆龍公司生產(chǎn)的CP1H型號，主要特點是產(chǎn)品價格較低，容易被使用者接受。另外，PLC采用模塊化安裝，用于坐標機器人是理想的位控單元，PLC的軟件程序是關系自動收發(fā)郵件包裹的指揮系統(tǒng)，程序運行的可靠性關乎系統(tǒng)運行的成敗。該程序采用CX-Programmer梯形圖語言編寫，程序可讀性強、易于查找問題并能在線調(diào)試[8]，大大縮短設備的調(diào)試周期。它可以安裝在Linux系統(tǒng)下，也可以和Microsoft Office平臺下的其它工具兼容，將來使用EXCEL等數(shù)據(jù)報表更加方便。系統(tǒng)程序由一個主程序和若干子程序組成，包括系統(tǒng)初始化程序，升降傳送機構控制程序和坐標機器人控制程序。主程序運行流程圖如圖3所示。

圖3　 主程序運行流程圖

4　 結束語

從預防偽快遞角度，基于二維碼技術的快遞自動收發(fā)裝置比傳統(tǒng)的人工手遞手工作更加有效。從生產(chǎn)管理的角度來說，大大提高快遞人員的勞動效率，減少工人的時間成本。從企業(yè)的競爭力來說，由于采用先進的快遞設備，預防不法之徒的非份之想，提高了安全性，它將更受使用者的垂青。因此，該裝置可以充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，同時完善了居民住宅區(qū)使用功能，對解決快遞擾民的問題提供了解決之道。

[1]假快遞員入室．http://www．fawan．com．cn/html/2013-07/18/ content_445400．htm．

[2]貨到付款需謹慎．http://n．cztv．com/zhejiang/554987．html．

[3]錢峰．商業(yè)銀行移動金融外部環(huán)境分析及策略建議[J]．金融理論與實踐2012．6:33-36．

[4]呼曉靜．智能存包柜在圖書館的應用[J]公共圖書館, 2010．5:47-49．

吳輝婷，女，本科，研究方向：工業(yè)設計。

楊志成，男，北京人，碩士，北京聯(lián)合大學副教授、儀表自動化高級考評員、儀表技師，主要研究方向為工程設計與控制。

北京聯(lián)合大學“啟明星”大學生科技創(chuàng)新項目，項目編號：201511417SJ015。