快递包裹分拣装置的设计研究

夏齐炜，张凯彦，马新玲XIA Qi-wei，　ZHANG Kai-yan，　MA Xin-ling（华东理工大学，上海 200237）

快递包裹分拣装置的设计研究

夏齐炜，张凯彦，马新玲
XIA Qi-wei，ZHANG Kai-yan，MA Xin-ling
（华东理工大学，上海 200237）

针对快递包裹人工分拣存在的诸多问题，研究设计了一种分拣效率高、无暴力分拣、成本低的半自动分拣装置。该装置通过识别快递包裹上包含包裹目的地信息的条形码，将条形码信息送入单片机和PLC中，从而实现快递包裹快速、高效的半自动分拣。该装置是一个可独立工作的单元结构，也能够与其他相同的单元结构串联、并联和混联工作，减少了工作空间和成本，扩展性强，提供了一种快递包裹自动分拣全新的方法和思路，具有广泛的研究价值和广阔的发展前景。

快递包裹；半自动分拣；立体结构；单元结构

0　引言

近年来我国快递企业如雨后春笋般发展，但大多数企业规模偏小，主要从事分量轻、体积小的快递业务，对快件的逐次分拣过程还主要停留在人力分配阶段。高强度、单一重复性地进行信息识别后分配，不仅造成了信息处理错误率较高，还造成快件的延误率、遗失率、破损率不断上升。现阶段只有极少数快递拥有自己的网络分拣系统，但存在过分依赖互联网、灵活性差、云端设备成本过高、机械设备要求配置过高等缺点。针对快递企业分拣过程中人工分拣的缺点以及云端高成本维护等问题，本文研究设计了一种分拣效率高、成本低、体积小的半自动化快递包裹分拣装置。

1　半自动分拣装置的结构设计

1.1整体结构设计

本文针对中小型快递分拣点设计，以改进目前快递分检方式，降低劳动强度，提高工作效率。该装置可安装于中小型快递分拣点的操作间，具有安装便捷、灵活的特点，可根据实际操作间的大小和操作效率需要来选择导轨规格、抓手数量和安排收纳箱数量。本文设计的装置实际可以满足80平米及以上分检操作间安装使用，配备1～2名分检员。装置的整体结构如图1（a）所示。

1.2导轨结构设计

本装置的导轨设计主要有两大特点：1）设计的导轨采用吊轨的形式，整体形成闭合循环路径，提高了空间利用率；2）分段式导轨设计安装便捷，且可根据操作场所空间大小和实际需要选择导轨规格和段数，组装成符合实际空间允许的工作导轨。

图1　半自动快递包裹分拣装置的结构示意图

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1.3行走部分和抓手筐的结构设计

行走部分是产品工作的主要部件，包括上端行走机构和下端抓手框，中段为气动机构。行走机构实现沿闭合导轨路径的匀速的循环运动，中段气动机构控制活塞伸缩运动从而实现下端抓手框的开闭。行走部分采用四轮电动设计，前轮自由转向，弯道转向有四个导向轮实现。抓手筐的结构设计如图1（b）所示。

2　装置的控制设计

图2　半自动快递包裹分拣装置的工作流程

本装置是综合运用条形码技术、自动识别技术、电子技术、控制原理、机械设计和机械原理等多方面的知识设计完成的。主要用途是充分利用空间资源实现快递的半自动化分拣。

通过输入快递单上目的地信息制成新的条形码，扫描新条形码作为信息输入来得到单片机的相应输出，输入PLC进行对机械手和行走部分的控制，当快件到达目的槽口上方，抓手筐张开放下包裹，达到分拣目的。本装置的工作流程如图2所示，工作的具体流程为：

1）条码扫描器扫描包含包裹信息的条形码，输入到单片机和PLC组成控制中心，处理成行走部分到达该包裹目的槽口需要行走的单位长度的个数n，存储为n和当前计数数值N；

2）控制中心向行走部分输出前进指令，行走部分前进；

3）行走部分上方的激光对射极开关被遮光一次即向控制中心反馈信号；

4）控制中心接受到信号，向行走部分输出停止指令，确保行走部分向前行走一个单位距离，并且起到计数功能；

5）扫描后的快递包裹由分拣员放到抓手筐中；

6）重复循环上述五步骤。

当控制中心计数得到的数值与之前尚未被处理的步骤1）中的N+n有相同时，证明有抓手筐到达所载包裹的目的槽口上方，控制中心向该抓手筐输出信号，抓手筐张开，延时后闭合，包裹进入目的槽口。

3　结束语

本装置自动化程度较高、容错率低、操作简便、成本有所下降；装置采用了立体式结构，减少了空间冗余，提高了土地使用的效率；装置独有的抓手筐设计适用于各种形状和一定大小的快递包裹，通用性强；装置既可作为独立的单元结构工作，又可以与其相同的单元结构串联和/或并联工作，扩展性强，满足了多种工作要求。将有较好的应用前景及市场价值。

本装置的实物样机获得上海市大学生“创造杯”大赛二等奖（2015年），得到国家实用新型专利授权（专利号ZL 201521078251.8）。

［1］ 汤念念.快递企业分拣作业研究［D］.大连海事大学，2012.

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［3］ 高志.机械原理［M］.上海:华东理工大学出版社，2011.

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Research on the design of express parcel sorting device

TP27

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1009-0134（2016）06-0136-02

2016-04-27

“国家级”大学生创新创业训练支持计划（20141020）

夏齐炜（1993 -），男，湖北人，本科，研究方向为过程装备与控制工程。