自動化分揀機控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究

葉彩新

（河源理工學(xué)校，廣東 河源 517000）

引言

近幾年，隨著消費不斷升級和電商行業(yè)的飛速發(fā)展，對產(chǎn)品數(shù)量和多樣化的需求不斷提升，物流配送也逐漸的從大批量向著小批、多單的模式發(fā)展，因此對物品的分揀效率和精確性提出了更高的要求。受限于傳統(tǒng)分揀技術(shù)智能化識別能力落后，因此多采用人工進行分揀的模式，不僅勞動強度大、易疲勞，而且效率極低、分揀精確性極差，無法滿足現(xiàn)代化物流發(fā)展的實際需求[1]。

結(jié)合智能化監(jiān)測和分析技術(shù)的發(fā)展以及對精確分揀的需求，本文提出了一種新的自動化分揀機，以被分揀物品上的信息條碼為分揀依據(jù)，通過隊列方式和紅外監(jiān)測分選方式，對被分揀物品進行雙重信息識別，提高分揀的準(zhǔn)確性，同時通過高速數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了對分揀信息的快速處理，有效提升了對分揀線上物料的分揀效率，實現(xiàn)了物料分揀的自動化和智能化，極大地推動了物料分揀技術(shù)的發(fā)展。

1 自動分揀控制系統(tǒng)

為了滿足自動分揀精確性的需求，本文設(shè)計了一種新的分揀機智能分揀系統(tǒng)，該分揀系統(tǒng)由線體端部的掃描系統(tǒng)和后側(cè)的多組分揀機構(gòu)成，每個分揀機上分布著兩個分揀口，最后一個分揀機作為未識別物品的存儲區(qū)，滿足分揀系統(tǒng)的智能化和精確化分揀需求。該系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計思路，能夠根據(jù)物料的分選需求靈活的增加分揀機的數(shù)量和布置結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，該系統(tǒng)在運行過程中，物料沿著傳送帶首先到達掃碼設(shè)備的下側(cè)，由掃碼設(shè)備對物品上的條碼進行掃描獲取物品信息，然后根據(jù)系統(tǒng)自動將物料信息傳遞給對應(yīng)的分揀機。分揀機在工作時接收分揀系統(tǒng)信息，對路過該區(qū)域的物品進行判斷，若屬于該分揀機物料，則將其檢入，若不屬于該分揀機物料，則分揀機執(zhí)行非動作任務(wù)，保證物品的無障礙通過。

圖1 自動分選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 智能分揀機結(jié)構(gòu)

為了滿足快速分揀的需求，智能分揀機采用了擺輪分揀結(jié)構(gòu)，具有物料位置檢測、分揀動作執(zhí)行等，能夠和線體上的掃描設(shè)備相互配合，實現(xiàn)對分揀線上物品的二次信息確認(rèn)，提高物品識別的準(zhǔn)確性，提高分揀效率，該智能分揀機結(jié)構(gòu)如圖2 所示[3]。

圖2 智能分揀機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2 可知，該分揀機主要由控制柜、出入口物料檢測裝置、傳送機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)等構(gòu)成。轉(zhuǎn)向機構(gòu)下側(cè)設(shè)置了兩組伺服轉(zhuǎn)向電機，能夠控制轉(zhuǎn)向機構(gòu)向不同的方向進行轉(zhuǎn)動，傳送機構(gòu)設(shè)置在擺輪上，利用直流電機驅(qū)動，能夠根據(jù)分揀的需求靈活地調(diào)整分揀速度，滿足不同情況下的分揀效率需求。為了避免出現(xiàn)錯誤分揀的情況，在物料入口位置還設(shè)置有雙重紅外傳感器，用于對物料的條碼信息進行進一步判斷和信息錄入。

當(dāng)系統(tǒng)運行時，分揀機的擺輪首先轉(zhuǎn)正，然后系統(tǒng)接收到線體掃碼設(shè)備上傳輸?shù)奈锪蠙z測信息，然后處于待機狀態(tài)，當(dāng)紅外檢測裝置檢測到入口處的貨物時，開始進行物料信息的二次確認(rèn)[4]，確定是否執(zhí)行分揀動作，若物料的行進軌跡出現(xiàn)異常，則系統(tǒng)發(fā)出錯誤報警，避免出現(xiàn)錯誤分揀的情況。

物料在分揀機構(gòu)上運行時，其運動方向主要通過14 個無刷直流電機進行協(xié)調(diào)，系統(tǒng)為雙級轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，伺服1 用于對系統(tǒng)的前級轉(zhuǎn)向進行控制，伺服2 用于對系統(tǒng)的前級轉(zhuǎn)向進行控制，解決了傳統(tǒng)分揀機構(gòu)無法靈活適應(yīng)物料大小而導(dǎo)致的分揀失效的問題。用雙級轉(zhuǎn)向分揀結(jié)構(gòu)后，能夠根據(jù)分揀物料的不同靈活地調(diào)整兩級轉(zhuǎn)向機構(gòu)的擺動角度，進而使物料能精確進入到指定的分揀機構(gòu)中，該雙級分揀機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 雙級分揀機構(gòu)示意圖

3 物料檢測模塊

物料檢測模塊是該自動化分揀機的核心，直接關(guān)系到物料分揀的精確性。該物料監(jiān)測模塊采用了NPN 型紅外對管傳感器設(shè)備[5]，其具有點對點的光束檢測模式，當(dāng)有物體遮擋時會觸發(fā)電平信號，具有檢測精度高、靈敏度好的優(yōu)點。系統(tǒng)采用了24 V 穩(wěn)壓電源供電，在電路中加入了光耦芯片，實現(xiàn)了對信號的隔離和對電平的快速、精確轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)根據(jù)電平信號的變化來確定是否有貨物經(jīng)過，若電平增加，則表明物料已經(jīng)通過，若電平降低，則說明物料已經(jīng)在該分揀機處分揀成功。物料檢測模塊電路結(jié)構(gòu)如圖4 所示[6]。

圖4 物料檢測模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖

由于物料的體積和質(zhì)量存在著較大的差異性，若小型物料出現(xiàn)彈跳，極易導(dǎo)致越過檢測光束，導(dǎo)致漏檢的情況，因此在分選系統(tǒng)的出口和入口處均設(shè)置了相互垂直的兩組結(jié)構(gòu)[7]，第一組貼近軌道平面，第二組則比第一組提高50 mm，物料在運行時不管空間狀態(tài)如何變化，均能保證觸發(fā)至少一組傳感器，從而消除物料在轉(zhuǎn)運過程中的漏檢情況。

4 物料分揀的隊列管理

在分揀過程中，物料首先在線體端部進行掃碼，然后系統(tǒng)會根據(jù)物料信息確定分揀口，然后系統(tǒng)主機將物料信息寫入到系統(tǒng)任務(wù)寄存器中，所有的分揀機，根據(jù)寄存器信息進行數(shù)據(jù)變化，每個分揀機輪流獲取自己的分揀任務(wù)寄存器，當(dāng)含有該分揀機分揀物料的寄存器出現(xiàn)時[8]，系統(tǒng)會自動提取分揀信息，判斷該分揀機是否進行分揀。若無需在本機進行分揀則其分揀機構(gòu)不動作，保證物料的直行通過，若需要在本機分揀，則控制分揀機構(gòu)動作，將物料分揀到該分揀機內(nèi)。

當(dāng)物料不在本機分揀時，其數(shù)據(jù)信息直接進入到下一個分揀機內(nèi)，由下一個分揀機按相同的判斷流程來進行物料分揀判斷，物料分揀隊列管理流程如圖5所示[9]。

圖5 物料分揀流程示意圖

目前，該自動分揀機已經(jīng)在多個工廠投入了應(yīng)用，該新的分揀控制系統(tǒng)能夠?qū)⑽锪系姆謷侍嵘?.1 倍，將分揀準(zhǔn)確性提升到99.6%，對提升物料分揀的精度和可靠性具有十分重要的作用。

5 結(jié)論

為了解決傳統(tǒng)物料分揀系統(tǒng)自動化程度低下、分揀效率低、精確性差的不足，提出了一種新的基于智能控制的自動分揀機。以被分揀物品上的信息條碼為分揀依據(jù)，通過隊列方式和紅外監(jiān)測分選方式，對被分揀物品進行雙重信息識別，提高分揀的準(zhǔn)確性，根據(jù)實際應(yīng)用表明：

1）智能分揀系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計思路，能夠根據(jù)物料的分選需求靈活的增加分揀機的數(shù)量和布置結(jié)構(gòu)；

2）物料監(jiān)測模塊采用了NPN 型紅外對管傳感器設(shè)備，具有點對點的光束檢測模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對物料分揀狀態(tài)的快速判斷，提高分揀精度；

3）物料分揀隊列管理系統(tǒng)，能夠優(yōu)化分揀流程，提高物料分揀的精確性；

4）新的分揀控制系統(tǒng)能夠?qū)⑽锪系姆謷侍嵘?.1 倍，將分揀準(zhǔn)確性提升到99.6%。