一款全自動集分揀、存儲、取放于一體的智能快遞柜

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.