基于樹莓派的智能快遞自取系統(tǒng)

王健，李志剛，竇威

（ 遼寧科技大學(xué) 電信學(xué)院，遼寧 鞍山 114000）

0 引言

當(dāng)下快遞行業(yè)的繁榮，快遞量增加，都導(dǎo)致了快遞點工作量增加?，F(xiàn)如快遞點工作人員都已經(jīng)苦不堪言，而且加上今年傳染性極強(qiáng)的新冠狀病毒的出現(xiàn)，快遞點集聚地進(jìn)行關(guān)門以防止新冠狀病毒集聚性傳播。人們無法取得自己心意的快遞，就算疫情有所好轉(zhuǎn)但疫情防疫仍不可放松。對于這樣一種極大的物流量大量消耗人們時間及效率低的取放方式急需需要改進(jìn)。并且現(xiàn)如今疫情仍未退去通過這種方式取得的快遞仍有不安全性。通過對現(xiàn)有貨架的結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行分析，挖掘傳統(tǒng)的取放貨物方式的各種弊端，我們提出了一種獨特的方案：一種智能快遞自取系統(tǒng)，由輔助取放入架懸臂系統(tǒng)，以及控制系統(tǒng)組成。設(shè)備的方便性，小型化的特點一次性多角度解決了以往的問題。結(jié)合當(dāng)下先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，增加了一些其他的功能，一舉多得。

1 智能快遞自取系統(tǒng)簡介

智能快遞自取系統(tǒng)其機(jī)械臂簡介，適用于快遞點快遞輔助取放入架?？蓪崿F(xiàn)高效率智能取貨，產(chǎn)品采用懸臂系統(tǒng)對貨庫內(nèi)的快遞進(jìn)行搬運(yùn)，全過程從檢索臺到快遞所在貨架的精確位置進(jìn)行二級連接，配以先進(jìn)成熟的檢索系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)，控制系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)?？爝f取放入架懸臂檢索系統(tǒng)，全系統(tǒng)主要有貨箱機(jī)械系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)三部分。機(jī)械部分又分為每個獨立貨架的懸臂取貨機(jī)械臂和運(yùn)輸懸臂。對于靠墻貨架則為單面長軌懸臂，對于獨立貨架則為回環(huán)雙面懸臂。搬運(yùn)懸臂構(gòu)建在貨庫或快遞點的頂部，通過互相獨立的軌道連接各排貨架和取貨機(jī)或貨架和取貨機(jī)。 輔助的機(jī)械臂運(yùn)動規(guī)劃系統(tǒng)可以有效提高快遞與取貨臺，且完成所有機(jī)械臂運(yùn)動的時間順序和空間順序?？刂葡到y(tǒng)中，基礎(chǔ)技術(shù)在于利用二維條碼和射頻識別技術(shù)。獨立懸臂采用stem32系列主控芯片對其機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行控制，二級運(yùn)輸懸臂則采用工業(yè)性能優(yōu)良的plc進(jìn)行集成控制，發(fā)揮中央控制系統(tǒng)強(qiáng)大的的優(yōu)越性。不僅可以使其懸臂獲得更好的運(yùn)動精度和穩(wěn)定性，更增加了系統(tǒng)效率。采用視覺和射頻識別雙模技術(shù)對快遞信息或貨物信息的掃描和對應(yīng)入架，優(yōu)化貨架懸臂或貨架懸臂和運(yùn)輸懸臂之間的配合，提高容錯率。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)則是通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以提前進(jìn)行取貨預(yù)約。

2 具體設(shè)計方案

2.1 智能快遞庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖所示，設(shè)備的主要構(gòu)成有機(jī)械系統(tǒng)，檢索系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，消毒系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，供電系統(tǒng)，中央控制器。總機(jī)架由國標(biāo)2020鋁型材搭接而成，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，總重較小。一種快遞點自動取放貨系統(tǒng)其特征在于由11-地面，12-屋頂，13-主干懸臂軌道，14-支線懸臂軌道，15-貨架，16-貨架懸臂，17-運(yùn)輸懸臂，18-暫存貨架，19-快遞檢索臺，10-貨架暫存托盤以及系統(tǒng)組成；主干懸臂軌道13和支線懸臂軌道14鋪設(shè)在屋頂12上，鋪設(shè)布局適應(yīng)貨架15的分布，鄰架間分布支線懸臂軌道14，過道上安裝主干懸臂軌道13；運(yùn)輸懸臂17安裝在主干懸臂軌道13和支線懸臂軌道14上；貨架暫存托盤11安裝貨架16的側(cè)面；系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務(wù)器1，懸臂中央主控2，若干遠(yuǎn)程檢索端3，若干館內(nèi)檢索端4，快遞暫存架5，若干主干懸臂軌道6，若干支線懸臂軌道7，若干貨架及貨架懸臂8。遠(yuǎn)程檢索端3，館內(nèi)檢索端4與數(shù)據(jù)服務(wù)器1間進(jìn)行快遞數(shù)據(jù)的檢索交換；懸臂中央主控2綜合數(shù)據(jù)服務(wù)器1和遠(yuǎn)程檢索端3或快遞檢索端4的檢索數(shù)據(jù)，處理后將貨架信息和快遞信息發(fā)送給運(yùn)輸懸臂17進(jìn)行快遞搬運(yùn)放置指定貨架的在側(cè)托盤10上；貨架及貨架懸臂16將側(cè)托盤10上的貨歸位到當(dāng)前貨架的指定位置，此過程可以通過射頻識別和圖像識別技術(shù)。級運(yùn)輸系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)交流為快遞在檢索臺19、暫存貨架18、運(yùn)輸懸臂17、主干懸臂軌道6/13、支線懸臂軌道7/14以及側(cè)托盤10上；二級運(yùn)輸系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)交流為快遞在貨架懸臂16及其指定位置上。

圖1 系統(tǒng)外觀圖

圖2 系統(tǒng)功能框圖

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)主要由STM32F103ZET6芯片、傳感器、機(jī)械臂、電源模塊組成，下面分別論證這幾個模塊的選擇。

2.3 主控制器件的論證與選擇

方案一：采用傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)：

傳統(tǒng)的51單片機(jī)為8位機(jī)，價格便宜，控制簡單，但是運(yùn)算速度慢，片內(nèi)資源少，存儲容量小，難以存儲大體積的程序和實現(xiàn)快速精準(zhǔn)的反應(yīng)控制。并且受時鐘限制，計時精度不高，外圍電路也增加了系統(tǒng)的不可靠性。

方案二：采用STM32F103做主控：

STM32F103是16位機(jī)，成本低、性能高、功耗低，運(yùn)算速度遠(yuǎn)快于51單片機(jī)，片內(nèi)資源較多、儲存容量大。Stm32單片機(jī)程序都是模塊化的，接口相對簡單，因它自身帶多種功能，工作速度也快。而51的自身功能少，需要外圍原件多。

綜上所述：我們選擇方案二，采用以STM32F103作為控制器。

2.4 方案系統(tǒng)描述

控制系統(tǒng)中，基礎(chǔ)技術(shù)在于利用二維條碼和射頻識別技術(shù)。獨立懸臂采用stem32系列主控芯片對其機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行控制，二級運(yùn)輸懸臂則采用工業(yè)性能優(yōu)良的plc進(jìn)行集成控制，發(fā)揮中央控制系統(tǒng)強(qiáng)大的的優(yōu)越性。不僅可以使其懸臂獲得更好的運(yùn)動精度和穩(wěn)定性，更增加了系統(tǒng)效率。采用視覺和射頻識別雙模技術(shù)對快遞信息的掃描和對應(yīng)入架，優(yōu)化貨架懸臂和運(yùn)輸懸臂之間的配合，提高容錯率。懸臂中央主控，綜合數(shù)據(jù)服務(wù)器和遠(yuǎn)程檢索端或館內(nèi)檢索端采用檢索系統(tǒng)檢索數(shù)據(jù)，處理后將貨架信息和快遞信息發(fā)送給運(yùn)輸懸臂進(jìn)行快遞搬運(yùn)放置指定貨架的在側(cè)托盤上；貨架及貨架懸臂將側(cè)托盤上的快遞歸位到當(dāng)前貨架的指定位置，此過程可以通過射頻識別和圖像識別技術(shù)。一級運(yùn)輸系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)交流為快遞在檢索臺、暫存貨架、運(yùn)輸懸臂、主干懸臂軌道、支線懸臂軌道以及側(cè)托盤上；二級運(yùn)輸系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)交流為快遞在貨架懸臂及其指定位置上。

3 智能快遞自取系統(tǒng)優(yōu)勢

3.1 高效率，方便安裝和拆卸

現(xiàn)有的智能快遞點安裝復(fù)雜效率慢需要對其快遞點進(jìn)行極大的改變不能直接用于現(xiàn)有快遞點。本產(chǎn)品利用了現(xiàn)有的貨架結(jié)構(gòu)，我們將其在每層安裝一個導(dǎo)軌，導(dǎo)軌承載懸臂對現(xiàn)有的檢索臺進(jìn)行改造增加一個臨時存放架并配有高溫殺毒以及裝有紫外線消毒燈。很大的方便了安裝。并配有機(jī)械系統(tǒng)，控制系統(tǒng)極大的提高了效率。

功能強(qiáng)大多樣化操作方便，方便用戶，取放運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 能夠減少，減輕疫情傳播

現(xiàn)如今新冠狀病毒的興起，傳染力極強(qiáng)。對于快遞點，是大量人員聚集地，取快遞時自己所需快遞還有快遞點工作人員可能成為病毒的傳播者，他們每天與不同的人接觸都存在不安全因素。快遞取放入架懸臂檢索系統(tǒng)就可以解決這一問題全程無需快遞員操作，只需用戶提前在手機(jī)端預(yù)約取貨時間，到快遞點只需掃描取貨臺上二維碼就可取到自己的快遞。通過互聯(lián)網(wǎng)的提前預(yù)約取貨時間很大的減少了人員聚集，減少疫情的傳播。

4 總結(jié)

自取快遞設(shè)備是快遞企業(yè)生產(chǎn)與運(yùn)營的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。先進(jìn)的快遞設(shè)備對企業(yè)的競爭力和企業(yè)運(yùn)營費(fèi)用都會產(chǎn)生較大的影響。文中分析了現(xiàn)如今快遞點存在的問題并研究出符合當(dāng)代的疫情的智能快遞自取系統(tǒng)，通過對其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的介紹足以解決現(xiàn)如今存在的問題。