基于树莓派的智能快递自取系统

王健，李志刚，窦威

（ 辽宁科技大学 电信学院，辽宁 鞍山 114000）

0 引言

当下快递行业的繁荣，快递量增加，都导致了快递点工作量增加。现如快递点工作人员都已经苦不堪言，而且加上今年传染性极强的新冠状病毒的出现，快递点集聚地进行关门以防止新冠状病毒集聚性传播。人们无法取得自己心意的快递，就算疫情有所好转但疫情防疫仍不可放松。对于这样一种极大的物流量大量消耗人们时间及效率低的取放方式急需需要改进。并且现如今疫情仍未退去通过这种方式取得的快递仍有不安全性。通过对现有货架的结构特点进行分析，挖掘传统的取放货物方式的各种弊端，我们提出了一种独特的方案：一种智能快递自取系统，由辅助取放入架悬臂系统，以及控制系统组成。设备的方便性，小型化的特点一次性多角度解决了以往的问题。结合当下先进的物联网技术，增加了一些其他的功能，一举多得。

1 智能快递自取系统简介

智能快递自取系统其机械臂简介，适用于快递点快递辅助取放入架。可实现高效率智能取货，产品采用悬臂系统对货库内的快递进行搬运，全过程从检索台到快递所在货架的精确位置进行二级连接，配以先进成熟的检索系统、机械系统，控制系统、消毒系统。快递取放入架悬臂检索系统，全系统主要有货箱机械系统，控制系统和物联网三部分。机械部分又分为每个独立货架的悬臂取货机械臂和运输悬臂。对于靠墙货架则为单面长轨悬臂，对于独立货架则为回环双面悬臂。搬运悬臂构建在货库或快递点的顶部，通过互相独立的轨道连接各排货架和取货机或货架和取货机。 辅助的机械臂运动规划系统可以有效提高快递与取货台，且完成所有机械臂运动的时间顺序和空间顺序。控制系统中，基础技术在于利用二维条码和射频识别技术。独立悬臂采用stem32系列主控芯片对其机电系统进行控制，二级运输悬臂则采用工业性能优良的plc进行集成控制，发挥中央控制系统强大的的优越性。不仅可以使其悬臂获得更好的运动精度和稳定性，更增加了系统效率。采用视觉和射频识别双模技术对快递信息或货物信息的扫描和对应入架，优化货架悬臂或货架悬臂和运输悬臂之间的配合，提高容错率。物联网系统则是通过物联网系统可以提前进行取货预约。

2 具体设计方案

2.1 智能快递库结构设计

如图所示，设备的主要构成有机械系统，检索系统，控制系统，消毒系统，物联网系统，供电系统，中央控制器。总机架由国标2020铝型材搭接而成，其结构稳定，总重较小。一种快递点自动取放货系统其特征在于由11-地面，12-屋顶，13-主干悬臂轨道，14-支线悬臂轨道，15-货架，16-货架悬臂，17-运输悬臂，18-暂存货架，19-快递检索台，10-货架暂存托盘以及系统组成；主干悬臂轨道13和支线悬臂轨道14铺设在屋顶12上，铺设布局适应货架15的分布，邻架间分布支线悬臂轨道14，过道上安装主干悬臂轨道13；运输悬臂17安装在主干悬臂轨道13和支线悬臂轨道14上；货架暂存托盘11安装货架16的侧面；系统由数据服务器1，悬臂中央主控2，若干远程检索端3，若干馆内检索端4，快递暂存架5，若干主干悬臂轨道6，若干支线悬臂轨道7，若干货架及货架悬臂8。远程检索端3，馆内检索端4与数据服务器1间进行快递数据的检索交换；悬臂中央主控2综合数据服务器1和远程检索端3或快递检索端4的检索数据，处理后将货架信息和快递信息发送给运输悬臂17进行快递搬运放置指定货架的在侧托盘10上；货架及货架悬臂16将侧托盘10上的货归位到当前货架的指定位置，此过程可以通过射频识别和图像识别技术。级运输系统及其数据交流为快递在检索台19、暂存货架18、运输悬臂17、主干悬臂轨道6/13、支线悬臂轨道7/14以及侧托盘10上；二级运输系统及其数据交流为快递在货架悬臂16及其指定位置上。

图1 系统外观图

图2 系统功能框图

2.2 控制系统设计

本系统主要由STM32F103ZET6芯片、传感器、机械臂、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

2.3 主控制器件的论证与选择

方案一：采用传统的51系列单片机：

传统的51单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大体积的程序和实现快速精准的反应控制。并且受时钟限制，计时精度不高，外围电路也增加了系统的不可靠性。

方案二：采用STM32F103做主控：

STM32F103是16位机，成本低、性能高、功耗低，运算速度远快于51单片机，片内资源较多、储存容量大。Stm32单片机程序都是模块化的，接口相对简单，因它自身带多种功能，工作速度也快。而51的自身功能少，需要外围原件多。

综上所述：我们选择方案二，采用以STM32F103作为控制器。

2.4 方案系统描述

控制系统中，基础技术在于利用二维条码和射频识别技术。独立悬臂采用stem32系列主控芯片对其机电系统进行控制，二级运输悬臂则采用工业性能优良的plc进行集成控制，发挥中央控制系统强大的的优越性。不仅可以使其悬臂获得更好的运动精度和稳定性，更增加了系统效率。采用视觉和射频识别双模技术对快递信息的扫描和对应入架，优化货架悬臂和运输悬臂之间的配合，提高容错率。悬臂中央主控，综合数据服务器和远程检索端或馆内检索端采用检索系统检索数据，处理后将货架信息和快递信息发送给运输悬臂进行快递搬运放置指定货架的在侧托盘上；货架及货架悬臂将侧托盘上的快递归位到当前货架的指定位置，此过程可以通过射频识别和图像识别技术。一级运输系统及其数据交流为快递在检索台、暂存货架、运输悬臂、主干悬臂轨道、支线悬臂轨道以及侧托盘上；二级运输系统及其数据交流为快递在货架悬臂及其指定位置上。

3 智能快递自取系统优势

3.1 高效率，方便安装和拆卸

现有的智能快递点安装复杂效率慢需要对其快递点进行极大的改变不能直接用于现有快递点。本产品利用了现有的货架结构，我们将其在每层安装一个导轨，导轨承载悬臂对现有的检索台进行改造增加一个临时存放架并配有高温杀毒以及装有紫外线消毒灯。很大的方便了安装。并配有机械系统，控制系统极大的提高了效率。

功能强大多样化操作方便，方便用户，取放运行稳定。

3.2 能够减少，减轻疫情传播

现如今新冠状病毒的兴起，传染力极强。对于快递点，是大量人员聚集地，取快递时自己所需快递还有快递点工作人员可能成为病毒的传播者，他们每天与不同的人接触都存在不安全因素。快递取放入架悬臂检索系统就可以解决这一问题全程无需快递员操作，只需用户提前在手机端预约取货时间，到快递点只需扫描取货台上二维码就可取到自己的快递。通过互联网的提前预约取货时间很大的减少了人员聚集，减少疫情的传播。

4 总结

自取快递设备是快递企业生产与运营的重要基础设施之一。先进的快递设备对企业的竞争力和企业运营费用都会产生较大的影响。文中分析了现如今快递点存在的问题并研究出符合当代的疫情的智能快递自取系统，通过对其机械结构和控制系统的介绍足以解决现如今存在的问题。