自動運輸包裹裝置設(shè)計方案

張春州+王拓+回學(xué)文+郭萬發(fā)

摘要：隨著社會的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)購物已經(jīng)進入人們的日常生活，隨之包裹的分揀，運輸也提出了新的要求。設(shè)計的裝置幫助快遞員進行載運和搬動物品等工作的輔助裝置。設(shè)計的商品載運裝置不僅要快速，而且要保證投遞員和商品的安全，便于實現(xiàn)文明裝卸，文明分發(fā)，投遞各類快件；助力裝置主要是指在搬運商品的過程中可以減輕投遞員勞動強度，且能保障商品安全的小型與輕便的機械裝置。

Abstract： Wwith the development of society， online shopping has entered people's daily life. Along with the parcel sorting， transport also puts forward the new requirements. The design device is an auxiliary device to help the courier carrying and handling articles. The carrying device of the goods needs to be fast， and it also needs to ensure the safety of couriers and goods， realize the civilized handling， distribution and all kinds of express delivery. Power assisted device is mainly refers to the small and portable mechanical device that can reduce the labor intensity and protect the safety of goods in the process of carrying goods.

關(guān)鍵詞：包裹；助力；尋跡；降低勞動強度

Key words： package；assistance；trailing；reduce labor intensity

中圖分類號：TH122 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）35-0148-02

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和服務(wù)業(yè)的發(fā)展，人們的消費習(xí)慣也因此發(fā)生了改變：由原來的線下有限選擇的消費方式變?yōu)榫€上無限選擇的方式，正是這種消費方式的改變使得我國的快遞行業(yè)非常的繁榮，同時也面臨著諸多挑戰(zhàn)。中國快遞協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2014年，中國快遞業(yè)連續(xù)46個月同比增速超過50%；2015年，快遞業(yè)務(wù)量完成206億件，同比增長48%，最高日處理量超過1.6億件，快遞業(yè)務(wù)收入完成2760億元。表1所示2015年雙11當(dāng)日各大快遞公司接單量數(shù)據(jù)統(tǒng)計概況。

在快遞行業(yè)如此繁榮的背景下，包裹的運輸分揀的工作量陡增，大量的人工投入不僅是投遞員勞動工作量猛增，同時也增加了人力成本的投入。當(dāng)在節(jié)假日時，尤其在電商搞商品促銷時，包裹數(shù)量激增，使得快遞行業(yè)的任務(wù)量陡增，與此同時，包裹的摔壞率也會升高。

設(shè)計一個簡易的機械裝置稱為快遞行業(yè)迫切的要求，設(shè)計的機械裝置不僅僅能夠提高工作效率，還能減輕投遞員的勞動強度。河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院師生經(jīng)過討論后，設(shè)計出一個較為實用的商品運載及助力機械裝置，來解決在快遞在裝車過程中的突出矛盾。該裝置能夠有效地減低包裹從分揀線到進入發(fā)放車過程中的勞動強度，提高工作的效率，進而加快包裹的流通速率。

該裝置適用于包裹從分揀線到快遞發(fā)送車之間使用，利用尋跡小車原理做出預(yù)定運行軌道，利用光電傳感器來識別在運行過程中的障礙。底盤采用履帶傳動，使運送過程相對平穩(wěn)，差速轉(zhuǎn)向使得結(jié)構(gòu)簡單方便。為了減少投遞員的活動量，該裝置沿z軸由兩個自由度，由此方便投遞員的勞動強度。沿z軸的上下運動通過彈簧來實現(xiàn)，沿z軸的轉(zhuǎn)動通過軸承來實現(xiàn)。

1 快遞包裹的運載及助力裝置的機械結(jié)構(gòu)

1.1 包裹放置機構(gòu)

根據(jù)包裹的型號設(shè)計較為合理的放置裝置。放置機構(gòu)能夠容納較多的包裹，同時也考慮到大小不同的包裹放置問題。如圖1。

1.2 裝置的支撐結(jié)構(gòu)

支撐結(jié)構(gòu)選用普通鋼材如Q235所制的空心圓柱，其中的壁厚25mm，高750mm；一端通過螺紋與底座相連，一段通過軸承與包裹的放置機構(gòu)所相連。在支撐結(jié)構(gòu)中放置彈簧（d=300mm）來調(diào)節(jié)放置機構(gòu)的位置。如圖2。

1.3 裝置的底盤設(shè)計

電機通過與聯(lián)軸器直接相連控制同步傳送帶的速度進一步控制裝置的前進，后退和轉(zhuǎn)彎等動作，在同步帶外部加上保護傳送帶的措施。如圖3。

2 快遞包裹的運載及助力裝置的電氣設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

為了能夠使裝置獲得較好得識別能力，選用與路面顏色差別較大的線條作為引導(dǎo)線，貨物運輸裝置能夠快速準(zhǔn)確的自動檢測到引導(dǎo)線，能夠在預(yù)定的軌跡中運動。在該裝置中選用光電傳感器來識別黑色引導(dǎo)線，通過單片機控制電機的的轉(zhuǎn)速，運用差速來實現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)向。如圖4。

該裝置的電氣系統(tǒng)分為圖4所示幾個模塊。

工作過程為：安裝在裝置底部的光電傳感器檢測路面上黑色引導(dǎo)線的位置，安裝在裝置頂部的光電傳感器檢測行進過程中的障礙，并將經(jīng)檢測到的信息輸入到CPU控制模塊經(jīng)行處理，CPU控制模塊根據(jù)傳入的信息，處理后輸出控制指令，進而控制電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)直行，轉(zhuǎn)彎等預(yù)定動作。

2.2 CPU控制模塊

尋跡裝置的CPU控制模塊應(yīng)滿足以下要求：采集7路光電傳感器的檢測信號，根據(jù)采樣信號輸出相應(yīng)的電機控制信號，實現(xiàn)運輸裝置的沿預(yù)定軌道行駛，綜合考慮性能要求和經(jīng)濟性等因素，CPU采用80C51單片機。

單片機資源分配如下：PO.O-PO.6用于控制1號傳感器—7號傳感器的信號指示燈；P1.0—P1.7為1號傳感器—7號傳感器的信號輸入接口；P2.3為電機轉(zhuǎn)速控制信號接口。

2.3 檢測模塊

檢測模塊由反射式光電傳感器、電位器和運算放大器LM393組成，如圖5所示，反射式光電傳感器利用黑色引線與路面對發(fā)射端發(fā)出光線的反射度不同，使接收端分得的電壓不同，運算放大器LM393的輸出端電壓信號直接輸入控制單片機的傳感器信號輸入接口。

2.4 電源管理模塊

電源管理模塊包括電池和穩(wěn)壓電路。電池采用輸出為7.2的鎳鉻電池組，為了防止電機、舵機等大功率器件在起動時對其他器件帶來干擾，尋跡小車各主要模塊均采用單獨供電的方式，其他電源分配圖如圖6。

電池組直接給驅(qū)動電機供電，采用三片機穩(wěn)壓芯片LM2940分別檢測系統(tǒng)模塊、轉(zhuǎn)向舵機模塊、單片機供電。

2.5 驅(qū)動系統(tǒng)模塊

驅(qū)動模塊包括驅(qū)動電路和驅(qū)動電機。如圖7，驅(qū)動電路采用H型雙極性可逆PWM控制電路，可以實現(xiàn)尋跡小車的前進、后退、加減速等功能，由于單片機輸出的PWM控制信號功率太小，不能直接驅(qū)動MOS管工作，因此，在H橋驅(qū)動電路兩邊各加入一個三極管8050NPN作為功率放大管（圖3中虛線框），單片機通過P2.1和P2.2輸出的PWM控制信號經(jīng)過三極管放大之后，便可驅(qū)動MOS管工作，控制電機的正反轉(zhuǎn)。

因為直流電動機具有優(yōu)良的速度控制性能，輸出轉(zhuǎn)矩較大。可直接拖動負載運行，驅(qū)動電機采用直流電動機，選用RS-380SH型直流電動機（額定電壓7.2V，最大功率可達26.5W）。

3 結(jié)語

本文設(shè)計了一種能夠幫助幫助投遞員減輕工作量的助力裝置，并闡述了該裝置的機械和電氣結(jié)構(gòu)，機械結(jié)構(gòu)根據(jù)國標(biāo)要求采用標(biāo)準(zhǔn)件，易于安裝更換使用部件，電氣結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計原則，使得設(shè)計易讀懂，易修改，易擴充。另外，裝置底部傳感器的靈敏度可以根據(jù)光電傳感器和引導(dǎo)線的距離來調(diào)節(jié)，但是裝置頂部的傳感器受到環(huán)境影響較大，影響裝置在遇到障礙時停止，在調(diào)試時需要注意頂部傳感器的靈敏度。

參考文獻：

[1]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].8版.北京：高等教育出版社，2013.

[2]濮良貴，陳國定，吳立言.機械設(shè)計[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[3]成大先.機械設(shè)計手冊[M].5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[4]童詩白，華成英.模擬電子電路技術(shù)基礎(chǔ)[M].5版.北京：高等教育出版社，2013.

[5]閆石.數(shù)字電子電路技術(shù)基礎(chǔ)[M].5版.北京：高等教育出版社，2007.

[6]李全力.單片機原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2012.