快件自动分类存取机设计

杨立坤，胡宏佳，隋英东，常 广，唐姣庭

（齐齐哈尔大学机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

进入21世纪以来，科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的机械产品。在这期间全世界物流行业迅速发展，上网购物已经十分普遍，快递行业与人们生活的联系也及其紧密。快件的进库和出库是快递行业中最常见的活动，但传统快递行业快件的存放过程中需要大量的人力，并且快件的摆放杂乱无章，不仅造成空间的浪费而且在无形之中对工作人员的安全造成威胁，同时在寻找特定快件的过程中会浪费大量时间。为了解决这些问题，设计一种新型快件自动存取装置。

1 总体结构

存取机的总体结构如图1所示，主要由机械结构部分、控制部分和驱动部分三个部分组成。其中机械结构部分又可以分为带动机械手做水平运动的直线导轨、带动机械手做竖直运动的多级伸缩式气缸、带动机械手做存取运动的单杆双作用气缸、抓取货物的机械手、运送货物的输送带。直线导轨的驱动部分是由电机组成，多级伸缩式气缸和单杆双作用气缸由气动驱动。在总体结构上主要分为两级，结构系统运行使用中能够对负责范围内的快递进行分拣。结构运行使用中实现分拣功能需要对快递包装外层的条码进行扫读，每一个条码中都存储了特定的信息，读取后其中包含的信息通过结构的信息传输通道传入到控制系统中，控制系统通过信息反映来了解其中的内容并发出相对应的分拣指令。总控制系统下的各个模块接收到指令后会快速执行，通过建立信息反馈系统来实现快递分拣系统的全面控制，提升系统的整体配合能力，基于总体结构之上需要对软件程序进行汇编，硬件配合软件共同实现功能。从两个层面来进行功能完善。快递分拣需要根据基础分类来将快递投递到指定的位置区域内，实现根据类型来进行分类，总体结构运行使用功能实现需要快递工作人员的参与配合，将快递包裹放置到传输带中，分类配合传输系统来将快递归整到合理的位置区域，从而实现基础快递分拣结构体系的功能。

图1 存取机的总体结构示意图

2 工作过程

将货物扫码后PC端会自动将货物分配到相应的货架以及位置上并且PC端会记录下相应货物的各种信息，之后可将货物放在输送带上，当到达指定位置之后输送带会停止，此时机械手会立即将货物抓起放在相应货仓内，之后机械手会回到原始位置待命，完成存货过程。详细的工作原理是当PC端发出位置信息时，控制系统会发出相应的控制命令控制输送带运行时间以及机械手的抓取运动以及X、Y、Z轴运动。当机械手抓住货物时，三维传动机构开始运行，X轴方向运动将由电动机驱动滚珠丝杠进行水平方向定位。于此同时，Y轴方向将由气动驱动三级伸缩式气缸进行竖直方向的定位。当X轴方向和Y轴方向定位都完成时，气压将驱动单杆双作用气缸进行Z轴方向定位。当单杆双作用气缸的活塞杆伸长至最大长度时机械手会松开放下货物，之后复位完成存货运动。取货运动与存活运动类似，当要取出货物时只需在PC端选中，之后三维传动机构会定位到相应位置取出货物，后将货物放在输送带上，最后传动机构复位，完成取货动作。

3 控制系统的设计

选取80C196KC单片机，利用单片机实现系统的控制，通过接收由工作人员在PC端上在选取完货物存储位置之后发出的相应位置信息从而操控滚珠丝杠、单杆双作用气缸、三级伸缩式气缸运行，从而带动机械手运动到预定位置。

作为下位机的单片机是用来控制三维运输设备，作为上位机的PC机是用来对单片机进行药柜抽屉药品大概剩余量的显示和取药指令的识别。因此，PC机和单片机之间需要数据的传递。这种通信可使用PC机的RS-232C串行口与单片机的UART串行口来实现的。本设计PC机和MCS-51系列单片机之间进行全双工串行数据通信。连接如图2所示，8031从TxD端输出的TTL电平经Sp3223E转换为PC机可以接收的RS-232C电平信号，从RXD端进入PC机，Sp3223E的供电电压是3V。PC机从TxD端输出的RS-232C电平经过Sp3223E转换为TTL电平信号，经过RXD送入80C196内。

图2 PC机与80C196间的串行通信示意图

4 结 语

提出一种小型化、轻量化、功能化、经济化的利用三维机械传动设备存取货物结构方案，通过单片机的控制，最大程度的释放了生产力、降低了工作人员的工作量、提高了工作效率、实现对货物更好的保存，结构简单、成本低廉。